题目内容

13．铝热法炼铬废渣主要成分为Al2O3和Cr2O3，还含有MgO、FeO、Fe2O3等杂质，以下是以炼铬废渣为原料回收Al2O3和Cr2O3的流程图：

已知：
①“焙烧”涉及的主要反应：Na2CO3+Al2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO2+CO2↑；
Cr2O3+Na2CO3+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na2CrO4+CO2↑（未配平）；
②滤液2中涉及的反应：8CrO42-+3S2O32-+34H+═6SO42-+8Cr3++17H2O
③Ksp[Cr（OH）3]=8×10-32
根据题意回答下列问题：
（1）请完成下列化学方程式的配平：
2Cr2O3+4Na2CO3+3O2 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na2CrO4+4CO2↑；
（2）炼铬废渣在焙烧前需球磨粉碎，其目的是使反应物接触更充分，加快反应速率，通过原料利用率．
（3）滤渣1的主要成分是MgO、Fe2O3．
（4）流程中可以循环利用的物质是CO2．
（5）写出步骤Ⅲ“碳分”的离子反应方程式：AlO2-+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-．
（6）滤液2还原后的溶液中为使Cr3+沉淀完全，溶液pH应小于5.3．（已知：lg5=0.7；当溶液中离子浓度不大于1×10-5mol/L时，可以认为不含该离子）
（7）滤液2经多步操作还可以获得K2Cr2O7晶体，其操作依次是：加入稀硫酸酸化，加入KCl固体、蒸发浓缩、操作a、过滤、操作b、干燥．
①加硫酸酸化的目的是使CrO42-转化为Cr2O72-．
②操作a、操作b分别是冷却结晶、洗涤．

分析 铝热法炼铬废渣主要成分为Al2O3和Cr2O3，还含有MgO、FeO、Fe2O3等杂质，回收Al2O3和Cr2O3的流程图分析可知，铬废渣加入纯碱通入空气进行焙烧Ⅰ，焙烧”涉及的主要反应：Na2CO3+Al2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO2+CO2↑；Cr2O3+Na2CO3+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na2CrO4+CO2↑（未配平），水浸过滤得到滤渣1为MgO、Fe2O3 ，步骤Ⅲ“碳分”通入二氧化碳和偏铝酸盐反应生成氢氧化铝沉淀和滤液2主要是CrO42-离子，加入硫代硫酸钠溶液还原得到铬离子，加入浓氨水沉淀得到氢氧化铬，煅烧过滤得到Cr2O3，
（1）元素化合价变化计算电子转移总数，结合原子守恒配平书写离子方程式；
（2）炼铬废渣在焙烧前需球磨粉碎，是加快反应速率；
（3）可知滤渣Ⅰ为MgO、Fe2O3 ；
（4）流程中参与反应最后生成的物质可以循环使用；
（5）步骤Ⅲ“碳分”的反应为偏铝酸钠溶液中通入过量二氧化碳生成氢氧化铝沉淀；
（6）Ksp[Cr（OH）3]=8×10-32，结合溶度积常数计算氢氧根离子浓度和溶液PH；
（7）①结合流程图和反应过程中得到物质分析，酸化步骤用醋酸调节溶液pH＜5为了转化CrO42-离子为Cr2O72-；
②溶液中得到溶质晶体的方法是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤步骤分析回答；

解答 解：（1）Cr2O3+Na2CO3+O2 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ Na2CrO4+CO2↑，反应中铬元素化合价+3价变化为+6价，Cr2O3变化为2Na2CrO4，电子转移6e-，氧元素化合价0价变化为-2价，O2 反应电子转移4e-，电子转移总数12e-，Cr2O3前系数为2，Na2CrO4前系数为4，O2前系数3，结合原子守恒配平得到化学方程式为：2Cr2O3+4 Na2CO3+3O2 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 4Na2CrO4+4CO2↑，
故答案为：2、4、3、4、4；
（2）炼铬废渣在焙烧前需球磨粉碎，其目的是使反应物接触更充分，加快反应速率，通过原料利用率，
故答案为：使反应物接触更充分，加快反应速率，通过原料利用率；
（3）Al2O3和Cr2O3和碳酸钠反应，MgO、Fe2O3 不与碳酸钠反应，所以滤渣Ⅰ为MgO、Fe2O3 ，故答案为：MgO、Fe2O3 ；
（4）分析流程可知二氧化碳参与反应，最后又生成，可以循环使用，故答案为：CO2 ；
（5）步骤Ⅲ“碳分”的反应为偏铝酸钠溶液中通入过量二氧化碳生成氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为：AlO2-+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-，
故答案为：AlO2-+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-；
（6）Ksp[Cr（OH）3]=c（Cr3+）c3（OH-）=8×10-32，当溶液中离子浓度不大于1×10-5mol/L时，可以认为不含该离子，则c（OH-）=$\root{3}{\frac{8×1{0}^{-32}}{1{0}^{-5}}}$=2×10-9mol/L，c（H+）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-9}}$=5×10-6mol/L，溶液PH=6-lg5=5.3，
故答案为：5.3；
（7）①酸化步骤依据流程图中物质的转化和制备目的可知，结合反应平衡Cr2O72-+H2O?2CrO42-+2H+，加入酸，氢离子浓度增大，平衡左移，作用是使CrO42-转化为Cr2O72-，
故答案为：使CrO42-转化为Cr2O72-；FeO被氧化为氧化铁，
②操作Ⅲ有多步组成，获得K2Cr2O7晶体的操作依次是：加入KCl固体、蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到晶体，
故答案为：冷却结晶；洗涤．

点评 本题考查了物质分离、物质提纯方法、物质性质的分析、溶度积常数计算应用、氧化还原反应等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等．

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