题目内容

【题目】在我国的资源储备中,铬是重要的战略金属资源。以下是以某铬渣(主要成分为Cr2O3,杂质主要是FeO、SiO2等)为原料生产Cr2O3的工艺流程:

已知:Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,Ksp[Cr(OH)3]=6.4×10-31。

(1)若以氧化物形式表示矿物的组成,则Fe2SiO4可表示为____________。

(2)焙烧时通入氧气的作用是__________________________________________

(3)“除杂”时加入MgSO4-(NH4)2SO4混合物与溶液中少量的PO43-、AsO43-、SiO32-反应,使其分别转化为NH4MgPO4、NH4MgAsO4、MgSiO3沉淀除去。测得反应pH与除杂率的关系如图所示。

①反应过程中控制溶液pH为9,pH>9时除杂率降低的原因是_________。

②反应的温度控制在80 ℃左右,温度不宜太高的主要原因是___________。

(4)“还原”时先调节溶液pH,再加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)。

①完成“还原”反应的离子方程式:________Cr2O72-+________S2O32-+________===________Cr3++________SO42-+________

②已知铬液中c(Cr2O72-)=0.32 mol·L-1,为了不在还原过程中产生Cr(OH)3沉淀,应控制溶液的pH不大于________。

(5)“沉铬”的主要副产物为________。

【答案】2FeO·SiO2 将Cr2O3、FeO氧化 pH过高时,Mg2+、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3,影响沉淀的形成 铵盐受热易分解 2 3 10H+ 4 6 5H2O 4 Na2SO4

【解析】

铬渣(主要成分为Cr2O3,杂质主要是FeO、SiO2等)为原料生产Cr2O3,铬渣中加入碳酸钠和氧气焙烧发生反应,将Cr2O3、FeO氧化得到烧渣,水浸过滤得到尾渣和浸出液,浸出液“除杂”时加入MgSO4-(NH4)2SO4混合物与溶液中少量的PO43-、AsO43-、SiO32-反应,分别转化为NH4MgPO4、NH4MgAsO4、MgSiO3沉淀除去,铬液中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)还原,得到还原液中加入氢氧化钠沉铬得到氢氧化铬,煅烧得到氧化铬,

(1)硅酸盐改写成氧化物的一般形式:活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、SiO2、水,结合原子守恒和化合价代数和为0改写;

(2)焙烧时通入氧气做氧化剂氧化亚铁离子和三价铬;

(3)①若pH>9,Mg2+、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3;

②铵盐受热容易分解;

(4)①焦亚硫酸钠(Na2S2O5)将Cr2O72-转化为毒性较低的Cr3+,同时焦亚硫酸钠被氧化为硫酸钠,根据电子守恒和原子守恒书写方程式;

②结合溶度积常数计算氢氧根离子浓度,得到溶液中氢离子浓度计算溶液pH;
(5)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)将Cr2O72-转化为毒性较低的Cr3+,同时焦亚硫酸钠被氧化为硫酸钠,加入氢氧化钠反应沉淀铬离子,生成硫酸钠

(1)硅酸盐改写成氧化物的一般形式:活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、SiO2、水,结合原子守恒和化合价代数和为0改写,Fe2SiO4可表示为2FeOSiO2,

故答案为:2FeOSiO2;

(2)焙烧时通入氧气的作用是将Cr2O3、FeO氧化,

故答案为:将Cr2O3、FeO氧化;

(3)①反应过程控制溶液pH为,,若pH>9除杂率降低的原因是pH过高时,Mg2+、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3,影响沉淀形成,

故答案为:pH过高时,Mg2+、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3,影响沉淀形成;

②反应的温度控制在80℃左右,温度不宜太高的主要原因是铵盐受热分解,

故答案为:铵盐受热分解;

(4)①焦亚硫酸钠(Na2S2O5)将Cr2O72转化为毒性较低的Cr3+,同时焦亚硫酸钠被氧化为硫酸钠,其反应的离子方程式为: 2Cr2O72-+3S2O32-+10H+=4Cr3++6SO42-+5H2O ;

故答案为:2、3、10H+、4、6、5H2O;

②已知铬液中c(Cr2O72-)=0.32 mol·L-1,c(Cr3+)=2 c(Cr2O72-)=0.64 mol·L-1,Ksp[Cr(OH)3]=6.4×1031,c(OH)==1010mol/L,c(H+)=1014/1010=104mol/L,为了不使还原过程产生Cr(OH)3沉淀,应控制反应过程pH不大于4,

故答案为:4;

(5)结合还原反应的产物可知,“沉铬”主要副产物为Na2SO4,

故答案为:Na2SO4。

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