Question

5．重铬酸钠俗称红矾钠（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）是重要的化工产品和强氧化剂．工业制备的流程如图1：

请回答：
（1）已知Fe（CrO₂）₂中铬元素是+3价，则Fe（CrO₂）₂中铁元素是+2价．
（2）化学上可将某些盐写成氧化物的形式，如Na₂SiO₃可写成Na₂O•SiO₂，则Fe（CrO₂）₂可写成FeO•Cr₂O₃ ．
（3）煅烧铬铁矿时，矿石中难溶的Fe（CrO₂）₂生成可溶于水的Na₂CrO₄，反应化学方程式如下：4Fe（Cr）+8NaC₃+=Fe₃+8NaCr₄+8C
为了加快该反应的反应速率，可采取的措施是粉碎矿石、升高温度．
（4）已知CrO₄^2-在不同的酸性溶液中有不同的反应，如：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇2^-+H₂O；
3CrO₄^2-+4H⁺=Cr₃O₁₀^2-+H₂O
①往混合溶液甲中加入硫酸必须适量的原因是少量不能除尽Na₂CO₃等杂质，过量会生成Na₂Cr₃O₁₀等副产物．
②混合溶液乙中溶质的化学式是Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄．
（5）+3、+6价铬都有很强的毒性，+6价铬的毒性更高，可诱发肺癌和鼻咽癌，所以制取红矾钠后的废水中含有的Cr₂O₇^2-必须除去．工业上可用电解法来处理含Cr₂O₇^2-的废水，下图为电解装置示意图2（电极材料分别为铁和石墨）．通电后，Cr₂O₇^2-在b极附近转变为Cr³⁺，一段时间后Cr³⁺最终可在a极附近变成Cr（OH）₃沉淀而被除去．
a电极的电极反应式是2H⁺+2e^-=H₂↑，
b电极附近反应的离子方程式是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．

Answer 1

分析 铬铁矿加入纯碱，通入空气煅烧，经浸取后得到Na₂CrO₄、Na₂CO₃，加入适量硫酸，得到混合溶液乙含有Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，然后结晶可得到Na₂Cr₂O₇晶体，
（1）根据正负总化合价之和相等进行分析；
（2）类比Na₂SiO₃可写成Na₂O•SiO₂完成Fe（CrO₂）₂的氧化物的形式；
（3）根据影响化学反应速率的因素分析；
（4）①固体图示及题中信息可知，少量不能除尽Na₂CO₃等杂质，过量会生成Na₂Cr₃O₁₀等副产物；
②发生了反应2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄；
（5）a连接电源负极，所以a为阴极；b连接电源正极，所以b为电解槽的阳极；阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应．

解答 解：（1）Fe（CrO₂）₂中，氧元素的化合价是-2价，总的负价是-8价，铬元素的化合价是+3价，2个铬原子化合价是+6价，所以铁元素化合价是+2价，
故答案为：+2；
（2）Fe（CrO₂）₂ 中铁元素化合价是+2价，氧化物为FeO，铬元素化合价+3价，氧化物为Cr₂O₃，所以Fe（CrO₂）₂写成氧化物形式为FeO•Cr₂O₃，
故答案为：FeO•Cr₂O₃ ；
（3）增大反应物接触面积可以加快反应速率，升高温度可以大大加快反应速率，
故答案为：粉碎矿石、升高温度；
（4）①由于少量难以除尽碳酸钠，过量会发生反应3CrO₄^2-+4H⁺=Cr₃O₁₀^2-+2H₂O，生成了Na₂Cr₃O₁₀等副产物，所以必须加入适量硫酸，
故答案为：少量不能除尽Na₂CO₃等杂质，过量会生成Na₂Cr₃O₁₀等副产物；
②由于发生了反应2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，所以乙中溶质的化学式Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，
故答案为：Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄；
（5）根据电解槽图示可知，a为阴极，溶液显示酸性，溶液中氢离子得到电子，发生还原反应，电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，
b为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，亚铁离子被Cr₂O₇^2-氧化成铁离子，反应的方程式为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．

点评 本题考查了重铬酸钠的制取原理及除杂方法，为高频考点，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，注意合理分析题中信息，难度中等．