Question

4．铬是一种具有银白色光泽的金属，无毒，化学性质很稳定，工业上以铬铁矿（主要成分是Fe（CrO₂）₂）为原料冶炼铬及获得强氧化剂Na₂Cr₂O₃，其工艺流程如图1所示
（1）写出高温氧化时，生成Na₂CrO₄的化学反应方程式4Fe（CrO₂）₂+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂
（2）Cr（OH）₂和Al（OH）₃类似，也是两性氢氧化物，写出Cr（OH）₂溶于氢氧化钠溶液的离子方程式Cr（OH）₃+OH^-=CrO₂^-+2H₂O
（3）酸化过程中，不选用盐酸的原因是氯离子具有还原性，易被氧化为氯气
（4）固体a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O．根据如图2分析操作a为蒸发浓缩、冷却结晶过滤．
（5）加入Na₂S溶液反应后，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在．写出S₂O₃^2-的离子方程式6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃+22OH^-
（6）写出利用铝热反应制取铬的化学方程式2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃．
（7）根据有关国家标准，含CrO₄^2-的废水要经化学处理，使其浓度降至5.0×10^-7mol•L^-1以下才能排放．可采用加入可溶性钡盐生成BaCrO₄沉淀，[K_sp（BaCrO₄）=1.2×10^-10]，再加入可溶性硫酸处理多余的Ba²⁺的方法处理废水，加入可溶性钡盐后，废水中Ba²⁺的浓度应不小于2.4×10^-4mol•L^-1，废水处理后方能达到国家排放标准．

Answer 1

分析 铬铁矿（主要成分是Fe（CrO₂）₂）为原料冶炼铬及获得强氧化剂Na₂Cr₂O₃，流程分析铬铁矿加入碳酸钠和氧气高温氧化生成Na₂CrO₄，二氧化碳和氧化铁，水浸过滤得到渣料氧化铁和滤液Na₂CrO₄溶液，溶液中加入稀硫酸酸化生成重铬酸钠和硫酸钠溶液，通过蒸发浓缩冷却结晶，依据溶解度图象分析可知，过滤得到固体a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，溶液a为重铬酸钾溶液，另一份Na₂CrO₄溶液中加入Na₂S发生氧化还原反应，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在．铬元素生成氢氧化铬沉淀，过滤后灼烧得到氧化铬，利用铝热反应制备金属铬；
（1）高温氧化时，Fe（CrO₂）₂和碳酸钠、氧气反应氧化还原反应生成Na₂CrO₄，二氧化碳和氧化铁，依据原子守恒配平书写化学方程式；
（2）Cr（OH）₃溶于氢氧化钠溶液生成CrO₂^-；
（3）酸化过程中，不选用盐酸的原因是氯离子具有还原性易被氧化为氯气；
（4）与溶解度图象分析，得到硫酸钠晶体的方法是利用重铬酸钠溶解度随温度变化不大，硫酸钠溶解度速温度变化大，可以利用蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到晶体；
（5）加入Na₂S溶液反应后，和Na₂CrO₄溶液反应生成氢氧化铬，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，依据原子守恒书写离子方程式；
（6）氧化铬和铝高温反应生成铬和氧化铝；
（7）依据饱和溶液中铬酸钡的溶度积计算得到．

解答 解：铬铁矿（主要成分是Fe（CrO₂）₂）为原料冶炼铬及获得强氧化剂Na₂Cr₂O₃，流程分析铬铁矿加入碳酸钠和氧气高温氧化生成Na₂CrO₄，二氧化碳和氧化铁，水浸过滤得到渣料氧化铁和滤液Na₂CrO₄溶液，溶液中加入稀硫酸酸化生成重铬酸钠和硫酸钠溶液，通过蒸发浓缩冷却结晶，依据溶解度图象分析可知，过滤得到固体a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，溶液a为重铬酸钾溶液，另一份Na₂CrO₄溶液中加入Na₂S发生氧化还原反应，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在．铬元素生成氢氧化铬沉淀，过滤后灼烧得到氧化铬，利用铝热反应制备金属铬；
（1）高温氧化时，Fe（CrO₂）₂和碳酸钠、氧气反应氧化还原反应生成Na₂CrO₄，二氧化碳和氧化铁，依据原子守恒配平书写化学方程式，4Fe（CrO₂）₂+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，故答案为：4Fe（CrO₂）₂+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂；
（2）Cr（OH）₃溶于氢氧化钠溶液生成CrO₂^-，反应的离子方程式为：Cr（OH）₃+OH^-=CrO₂^-+2H₂O，故答案为：Cr（OH）₃+OH^-=CrO₂^-+2H₂O；
（3）酸化过程中，不选用盐酸的原因：是氯离子具有还原性，易被氧化为氯气，故答案为：氯离子具有还原性，易被氧化为氯气；
（4）结合溶解度图象分析，溶液中得到硫酸钠晶体的方法是：利用重铬酸钠溶解度随温度变化不大，硫酸钠溶解度速温度变化大，可以利用蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到晶体，故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；
（5）加入Na₂S溶液反应后，和Na₂CrO₄溶液反应生成氢氧化铬，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，依据原子守恒书写离子方程式为，6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃+22OH^-，故答案为：6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃+22OH^-；
（6）氧化铬和铝高温反应生成铬和氧化铝，反应的化学方程式为：2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃，故答案为：2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃ ；
（7）依据饱和溶液中铬酸钡的溶度积计算得到，K_sp（BaCrO₄）=1.2×10^-10，含CrO₄^2-的废水要经化学处理，使其浓度降至5.0×10^-7mol•L^-1以下才能排放，则废水中Ba²⁺的浓度应不小于c（Ba²⁺）=$\frac{Ksp}{c（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{1.2×1{0}^{-10}}{5.0×1{0}^{-7}}$=2.4×10^-4mol/L，故答案为：2.4×10^-4mol/L．

点评 本题考查了物质分离提纯的方法和过程分析判断，主要是物质溶解性、氧化还原反应产物的分析应用，离子方程式书写方法，溶度积计算等，掌握分析流程的方法和基础知识是关键，题目难度中等．