Question

16．以铬铁矿[主要成分为Fe（CrO₂）₂，含有Al₂O₃、SiO₂等杂质]为主要原料生产重要铬铁矿KClO₃、纯碱CO₂氧化剂重铬酸钠晶体（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）的主要工艺流程如图：

（1）浸出液中的主要成分为Na₂CrO₄．写出煅烧时主要成分[Fe（CrO₂）₂]发生反应的化学方程式6Fe（CrO₂）₂+7KClO₃+12Na₂CO₃=12Na₂CrO₄+7KCl+3Fe₂O₃+12CO₂↑；同时杂质Al₂O₃、SiO₂液转化为可溶性盐，在浸出液中分别以AlO₂^-、SiO₃^2-（离子符号）存在．
（2）酸化的目的是将Na₂CrO₄转化为Na₂Cr₂O₇．写出反应的离子方程式：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O；
通过结晶分离得到的Na₂Cr₂O₇•2H₂O中可能含有的杂质除了Na₂SO₄外，还有KCl（或K₂SO₄\NaCl）．
进一步提纯的方法是重结晶．
（3）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以下才能排放．含CrO₄^2-的废水处理通常有以下两种方法．
①沉淀法：加入可溶性钡盐生成BaCrO₄沉淀[K_sp（BaCrO₄）=1.2×10^-10]，再加入可溶性硫酸盐处理多余的Ba²⁺．加入可溶性钡盐后的废水中Ba²⁺的浓度应不小于2.4×10^-4mol/L，后续废水处理方能达到国家排放标准．
②还原法：CrO₄^2-$→_{H+}^{绿矾}$Cr³⁺$\stackrel{石灰水}{→}$Cr（OH）₃．用该方法处理10m³ CrO₄^2-的物质的量浓度为1.5×10^-3mol/L的废水，至少需要绿矾（FeSO₄•7H₂O）12.5kg．

Answer 1

分析 以铬铁矿[主要成分为Fe（CrO₂）₂，含有Al₂O₃、SiO₂等杂质]为主要原料生产重铬酸钠晶体（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）：铬铁矿在空气中与纯碱煅烧生成Na₂CrO₄和CO₂气体，反应为：6Fe（CrO₂）₂+7KClO₃+12Na₂CO₃=12Na₂CrO₄+7KCl+3Fe₂O₃+12CO₂↑，同时A1₂O₃+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，SiO₂+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑，铬铁矿与纯碱、KClO₃煅烧生成物通过水浸Na₂SiO₃、Na₂CrO₄、NaAlO₂进入浸出液中，而不溶的Fe₂O₃形成滤渣，浸出液通过除杂，通入CO₂气体，形成滤渣硅酸、Al（OH）₃沉淀，最后分离出Na₂CrO₄溶液，经过酸化、过滤、结晶得到最终产品重铬酸钠晶体（ Na₂Cr₂O₇•2H₂O）；
（3）①根据沉淀溶解平衡CrO₄^2-+Ba²⁺?BaCrO₄及K_sp（BaCrO₄）=C（CrO₄^2-）×C（Ba²⁺）=1.2×10^-10，可得C（Ba²⁺）；
②根据电子守恒列关系式：CrO₄^2-～3FeSO₄•7H₂O，可得FeSO₄•7H₂O的物质的量进而求质量．

解答 解：（1）浸出液中的主要成分为Na₂CrO₄，由流程可知还有二氧化碳、氧化铁的生成，故煅烧时主要成分[Fe（CrO₂）₂]发生反应的化学方程式为：6Fe（CrO₂）₂+7KClO₃+12Na₂CO₃=12Na₂CrO₄+7KCl+3Fe₂O₃+12CO₂↑，同时A1₂O₃+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，SiO₂+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑，杂质Al₂O₃、SiO₂液转化为可溶性盐，在浸出液中分别以存在AlO₂^-、SiO₃^2-；
故答案为：6Fe（CrO₂）₂+7KClO₃+12Na₂CO₃=12Na₂CrO₄+7KCl+3Fe₂O₃+12CO₂↑；AlO₂^-；SiO₃^2-；
（2）酸化的目的是将Na₂CrO₄转化为Na₂Cr₂O₇，离子方程式为：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O；流程中钾离子、氯离子、硫酸根离子、钠离子未除去，故产品中还可能含有 KCl（或K₂SO₄\NaCl），可通过重结晶进一步提纯；
故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O； KCl（或K₂SO₄\NaCl）；重结晶；
（3）①CrO₄^2-+Ba²⁺?BaCrO₄
      5.0×10^-7mol•L^-1 C（Ba²⁺）
K_sp（BaCrO₄）=C（CrO₄^2-）×C（Ba²⁺）=5.0×10^-7×C（Ba²⁺）=1.2×10^-10，
C（Ba²⁺）=2.4×10^-4mol/L；
故答案为：2.4×10^-4；
 ②CrO₄^2-$→_{H+}^{绿矾}$Cr³⁺，CrO₄^2-中的Cr化合价由+6价降为+3价，FeSO₄•7H₂O中铁的化合价由+3价降为+2价，
则有：CrO₄^2-～～～～～～3FeSO₄•7H₂O
        1                   3
    10^4_L×1.5×10^-3 mol•L^-1   45mol
所以FeSO₄•7H₂O的质量为：45mol×278g/mol=12510g=12.5kg；
故答案为：12.5．

点评 本题以物质制备为载体，考查学生对原理的分析理解、物质的分离提纯、氧化还原反应、物质含量测定、信息获取与迁移运用等，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．