Question

7．工业上以铬铁矿（主要成分Fe0．Cr₂0₃，还含少量Al₂0₃）生产重要的化工原料红矾钠（即重铬酸钠晶体，化学式为Na₂Cr₂0₇•2H₂0）及铬酐（Cr0₃）的工艺流程如图1

回答下列问题：
（1）步骤A中主反应生成Na₂Cr0₄的化学方程式为4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，副反应主要有：Fe₂0₃+Na₂C0₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaFe0₂+C0₂ 和Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑
（2）步骤A中往高温焙烧炉中加入的辅料是石灰石，其主要目的不是造渣，但不加石灰石，主反应速率将很慢，而且反应不完全．由此可知，加石灰石的主要作用是高温下石灰水分解产生的二氧化碳从下往上穿过炉料，使得炉料翻滚，起到搅拌作用，使炉料疏松，增加与氧气的接触面积有利于反应的进行
（3）步骤B中形成废渣的主要成分是Al（OH）₃、Fe（OH）₃．
（4）如图是红矾钠和硫酸钠的溶解度曲线．据此，步骤C操作的方法是：将硫酸酸化铬酸钠和硫酸钠所得的混合溶液蒸发浓缩（填操作名称），趁热过滤得到的晶体是Na₂SO₄（填化学式）；然后将所得滤液冷却结晶（填操作名称），过滤得到的晶体是Na₂Cr₂O₇•2H₂O．
（5）C步中用硫酸酸化，能否用盐酸酸化：不能，理由是Cr₂O₇^2-在酸性溶液中是强氧化剂，可能被盐酸还原；酸化时为什么酸度不能太低：因为存在转化平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，如酸度太低，CrO₄^2-的转化率不高．

Answer 1

分析 工业上以铬铁矿（主要成分Fe0．Cr₂0₃，还含少量Al₂0₃），加入纯碱辅料，通入空气煅烧得到铬酸钠冷却加水稀释，加入稀硫酸调至中性过滤除去废渣，得到铬酸钠和氯酸钠混合溶液，用硫酸酸化得到红矾钠，加入浓硫酸加热熔化趁热分离得到铬酐，
（1）步骤A中主反应生成Na₂Cr0₄的反应是Fe0．Cr₂0₃和碳酸钠、氧气发生氧化还原反应生成Na₂CrO₄ 、2Fe₂O₃、CO₂，结合电子守恒和原子守恒配平书写化学方程式，氧化铝是两性氧化物和碳酸钠加热反应生成偏铝酸钠和二氧化碳；
（2）碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙和二氧化硅等杂质形成炉渣除去，同时生成的二氧化碳气体会使固体原理反应完全，高温下石灰水分解产生的二氧化碳从下往上穿过炉料，使得炉料翻滚，起到搅拌作用；
（3）调节溶液中性，此时溶液中铁离子和氯离子全部沉淀；
（4）图象分析可知，分析图象中溶解度随温度的变化，操作是先分离出硫酸钠，再获得红矾钠，由图可知，硫酸钠的溶解度受温度影响比较大，温度高于50°C溶解度减小，所以应采取升温蒸发浓缩，结晶、过滤；红矾钠溶解度受温度影响变化是随温度升高增大，应采取蒸发浓缩，冷却结晶、过滤的方法得到；
（5）Cr₂O₇^2-在酸性溶液中是强氧化剂，溶液中存在化学平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，酸度低平衡逆向进行．

解答 解：（1）工业铬铁矿（FeO•Cr₂O₃，含少量Al₂O₃和SiO₂），加入碳酸钙和碳酸钠煅烧氧化反应FeO•Cr₂O₃，和碳酸钠在一起作用下发生氧化还原反应，生成氧化铁，铬酸钠和二氧化碳，反应的化学方程式为：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂，
故答案为：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂；
（2）碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，分解产生CaO，与某些杂质反应形成炉渣，起到除杂的作用，分解产生CO₂从下而上穿过，使得炉料翻滚，增大炉料与氧气的接触面积加快原料的煅烧氧化，加石灰石的主要作用是高温下石灰水分解产生的二氧化碳从下往上穿过炉料，使得炉料翻滚，起到搅拌作用，使炉料疏松，增加与氧气的接触面积有利于反应的进行，
故答案为：高温下石灰水分解产生的二氧化碳从下往上穿过炉料，使得炉料翻滚，起到搅拌作用，使炉料疏松，增加与氧气的接触面积有利于反应的进行；
（3）调节溶液中性，此时溶液中铁离子和氯离子全部沉淀，步骤B中形成废渣的主要成分是Al（OH）₃、Fe（OH）₃，
故答案为：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
（4）分析图象中溶解度随温度的变化，操作是先分离出硫酸钠，再获得红矾钠，由图可知，硫酸钠的溶解度受温度影响比较大，温度高于50°C溶解度减小，所以应采取升温蒸发浓缩，结晶、过滤；红矾钠溶解度受温度影响变化是随温度升高增大，应采取蒸发浓缩，冷却结晶、过滤的方法得到；步骤V操作的方法是：将Ⅳ所得溶液蒸发浓缩，趁热过滤得到硫酸钠晶体，然后将得到的滤液冷却结晶过滤得到Na₂Cr₂O₇•2H₂O，
故答案为：蒸发浓缩；Na₂SO₄；冷却结晶、过滤；Na₂Cr₂O₇•2H₂O；
（5）C步中用硫酸酸化，不能用盐酸酸化，因为Cr₂O₇^2-在酸性溶液中是强氧化剂，可能被盐酸还原，溶液中存在化学平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，酸度低平衡逆向进行，CrO₄^2-的转化率不高，
故答案为：Cr₂O₇^2-在酸性溶液中是强氧化剂，可能被盐酸还原，因为存在转化平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，如酸度太低，CrO₄^2-的转化率不高．

点评 本题考查了物质制备的流程分析判断，物质性质和实验操作的分析应用，把握晶体析出的原理和溶解度变化特征的分析是解题关键，题目难度中等．