Question

17．以铬铁矿（主要成分FeO•Cr₂O₃，含有少量SiO₂等）为原料制取铬酸钠晶体（Na₂CrO₄）工艺流程如图所示．
已知：①酸性溶液中Cr的+6价易被还原为+3价；当pH＞9时Cr以CrO^2-形式存在且易被氧化；
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+	Cr3+
开始沉淀时的pH	2.7	7.6
沉淀完全的pH	3.7	9.6	9（＞9）溶解

（1）滤渣a的主要成分的化学式是SiO₂；操作X用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、和漏斗．
（2）第④步得到产品涉及到的操作有蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤等．
（3）第①步反应的离子方程式是FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、Cr₂O₃+6H⁺=2Cr³⁺+3H₂O，第②步产生滤渣b的原因是Fe³⁺水解生成氢氧化铁沉淀．
（4）已知：1molAl完全燃烧放热a KJ，1mol Fe完全燃烧生成Fe₃O₄放热b KJ，写出Al与Fe₃O₄发生铝热反应的热化学方程式8Al（s）+3Fe₃O₄ （s）=9Fe（s）+4Al₂O₃ （s），△H=（8a-9b）kJ/mol．
（5）若现有224kg铬铁矿（其中含FeO•Cr₂O₃ 50%），按上述流程最多可以得到Na₂CrO₄产品的质量是189kg（假设每步均恰好完全转化）．

Answer 1

分析 铬铁矿用稀硫酸酸浸，FeO、Cr₂O₃与硫酸反应加入溶液，而SiO₂不反应，操作X为过滤，过滤得滤渣a为SiO₂，滤液b中含有Cr³⁺、Fe²⁺，用Na₂Cr₂O₇将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再调节pH=4时，Fe³⁺完全沉淀，过滤得到滤渣b为Fe（OH）₃，滤液b中含有Cr³⁺，向滤液中再加入过氧化钠，将CrO₂^-氧化为CrO₄^2-，调节pH值，最后采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法得到Na₂CrO₄晶体，据此答题．

解答 解：铬铁矿用稀硫酸酸浸，FeO、Cr₂O₃与硫酸反应加入溶液，而SiO₂不反应，操作X为过滤，过滤得滤渣a为SiO₂，滤液b中含有Cr³⁺、Fe²⁺，用Na₂Cr₂O₇将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再调节pH=4时，Fe³⁺完全沉淀，过滤得到滤渣b为Fe（OH）₃，滤液b中含有Cr³⁺，向滤液中再加入过氧化钠，将CrO₂^-氧化为CrO₄^2-，调节pH值，最后采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法得到Na₂CrO₄晶体，
（1）根据上面的分析可知，滤渣a的主要成分的化学式是 SiO₂，操作X为过滤，用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗，
故答案为：SiO₂；漏斗；
（2）第④步是从Na₂CrO₄溶液中得Na₂CrO₄晶体，涉及到的操作有蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤等，
故答案为：降温结晶；
（3）铬铁矿用稀硫酸酸浸，FeO、Cr₂O₃与硫酸反应生成Cr³⁺、Fe²⁺，反应的离子方程式是FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、Cr₂O₃+6H⁺=2Cr³⁺+3H₂O，第②步溶液pH值调到4，Fe³⁺水解生成氢氧化铁沉淀，即为滤渣b，
故答案为：FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、Cr₂O₃+6H⁺=2Cr³⁺+3H₂O；Fe³⁺水解生成氢氧化铁沉淀；
（4）已知：1molAl完全燃烧放热a KJ，热化学方程式为①4Al（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃ （s），△H=4akJ/mol，1mol Fe完全燃烧生成Fe₃O₄放热b KJ，热化学方程式为 ②3Fe（s）+2O₂（g）=Fe₃O₄ （s），△H=3bkJ/mol，将①×2-②×3得Al与Fe₃O₄发生铝热反应的热化学方程式8Al（s）+3Fe₃O₄ （s）=9Fe（s）+4Al₂O₃ （s），△H=（8a-9b）kJ/mol，
故答案为：8Al（s）+3Fe₃O₄ （s）=9Fe（s）+4Al₂O₃ （s），△H=（8a-9b）kJ/mol；
（5）若现有224kg铬铁矿（其中含FeO•Cr₂O₃ 50%），则FeO的质量为$\frac{56+16}{56+16+2×52+16×3}$×50%×224kg=36kg，按上述流程Na₂Cr₂O₇将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，有Na₂Cr₂O₇～6Fe²⁺～2Cr³⁺，所以生成Cr³⁺的物质的量为$\frac{36×1{0}^{3}}{72}×\frac{1}{3}$mol=$\frac{500}{3}$mol，铬铁矿中生成Cr³⁺的物质的量为$\frac{224×1{0}^{3}×50%}{56+16+2×52+16×3}×2$mol=1000mol，所以得到Na₂CrO₄的物质的量为$\frac{500}{3}$mol+1000mol，Na₂CrO₄的质量是（$\frac{500}{3}$mol+1000mol）×162g=189kg，
故答案为：189．

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．