Question

5．以铬铁矿（主要成分是FeO•Cr₂O₃，含少量MgCO₃、Al₂O₃、SiO₂等）为原料制取Na₂CrO₄晶体的工艺流程如下：

已知：①+3价Cr在酸性溶液中性质稳定，当pH＞9时以CrO${\;}_{2}^{-}$形式存在且易氧化；②常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下：

阳离子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cr3+
开始沉淀时的pH	2.7	7.6	9.0	--	--
沉淀完全时的pH	3.7	9.6	11.0	8	9（＞9溶解）

（1）写出流程中第2次使用H₂O₂时，发生反应的离子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O．
（2）“调pH=8”和“调pH＞11”中间的“过滤”步骤能否省略，为什么？不能，当pH=8时Al³⁺已经完全转化为Al（OH）₃，若不经过滤除去，当继续加入NaOH时Al（OH）₃会溶解，引入杂质离子AlO₂^-．
（3）流程图中从Na₂CrO₄溶液至产品中间“□”内的操作是蒸发浓缩、冷却结晶．
（4）CrO₄^2-在酸性条件下转化为Cr₂O₇^2-．工业上常用Fe²⁺处理酸性K₂Cr₂O₇废水，先将Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，该反应的离子方程式为6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，再调节溶液的pH=9，使金属离子生成沉淀而除去．

Answer 1

分析 铬铁矿用稀硫酸酸浸，FeO、Cr₂O₃、MgCO₃、Al₂O₃与硫酸反应加入溶液，而SiO₂不反应，过滤除去SiO₂．用H₂O₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再调节pH=8时，Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，过滤得到滤渣为Al（OH）₃和Fe（OH）₃，再调节pH=11，Mg²⁺完全沉淀被除去且Cr元素以CrO₂^-的形式存在，过滤后，向滤液中再加入过氧化氢，将CrO₂^-氧化为CrO₄^2-，最后采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法得到Na₂CrO₄晶体，
（1）第一次加入H₂O₂是为了将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，第二次加入H₂O₂是为了将CrO₂^-氧化为CrO₄^2-；
（2）“调pH=8”时沉淀成分是Al（OH）₃和Fe（OH）₃，如果不把前者除去，当继续加入NaOH至pH=11时，Al（OH）₃会溶解，引入杂质离子AlO₂^-；
（3）Na₂CrO₄溶液得到Na₂CrO₄晶体，可以采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法；
（4）在酸性条件下，Fe²⁺与Cr₂O₇^2-反应生成Cr³⁺和Fe³⁺，再根据题中提供的阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH可知，调节pH使金属离子生成沉淀而除去．

解答 解：铬铁矿用稀硫酸酸浸，FeO、Cr₂O₃、MgCO₃、Al₂O₃与硫酸反应加入溶液，而SiO₂不反应，过滤除去SiO₂．用H₂O₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再调节pH=8时，Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，过滤得到滤渣为Al（OH）₃和Fe（OH）₃，再调节pH=11，Mg²⁺完全沉淀被除去且Cr元素以CrO₂^-的形式存在，过滤后，向滤液中再加入过氧化氢，将CrO₂^-氧化为CrO₄^2-，最后采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法得到Na₂CrO₄晶体，
（1）第一次加入H₂O₂是为了将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，反应离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；第二次加入H₂O₂是为了将CrO₂^-氧化为CrO₄^2-，反应离子方程式为：2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O；
（2）“调pH=8”时沉淀成分是Al（OH）₃和Fe（OH）₃，如果不把前者除去，当继续加入NaOH至pH=11时，Al（OH）₃会溶解，引入杂质离子AlO₂^-，
故答案为：不能，当pH=8时Al³⁺已经完全转化为Al（OH）₃，若不经过滤除去，当继续加入NaOH时Al（OH）₃会溶解，引入杂质离子AlO₂^-；
（3）Na₂CrO₄溶液得到Na₂CrO₄晶体，可以采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）在酸性条件下，Fe²⁺与Cr₂O₇^2-反应生成Cr³⁺和Fe³⁺，反应的离子方程式为6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，再根据题中提供的阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH可知，调节pH=9时，溶液中的金属离子都生成沉淀而除去，
故答案为：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；9．

点评 本题属于工艺流程制备题目，考查制备原理、实验方案评价、物质分离提纯、获取信息的能力，是对基础知识的综合考查，难度中等．