Question

10．铬是一种银白色金属，化学性质稳定，以+2、+3和+6价为常见价态．工业上以铬铁矿（主要成分为FeO•Cr₂O₃，含有Al₂O₃、SiO₂等杂质）为主要原料生产金属铬和重铬酸钠Na₂Cr₂O₇•2H₂O（已知Na₂Cr₂O₇是一种强氧化剂），其主要工艺流程如图1：

查阅资料得知：
①常温下，NaBiO₃不溶于水，有强氧化性，在碱性条件下，能将Cr³⁺转化为CrO₄^2-；
②常温下，K_sp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31
回答下列问题：
（1）工业上常采用热还原法制备金属铬，写出以Cr₂O₃为原料，利用铝热反应制取金属铬的化学方程式Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃ ．
（2）酸化滤液D时，不选用盐酸的原因是盐酸中的Cl^-会被氧化，产生Cl₂．
（3）固体E的主要成分是Na₂SO₄，根据如图2分析操作a为蒸发结晶、趁热过滤．
（4）已知含+6价铬的污水会污染环境，电镀厂产生的镀铜废水中往往含有一定量的Cr₂O₇^2-，处理该废水常用还原沉淀法，具体流程如下：
含Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$的废水$→_{加入Na_{2}S_{2}O_{3}溶液}^{调节pH至2～3}$含Cr³⁺的废水$→_{控制pH}^{加入NaOH溶液}$Cr（OH）₃沉淀

①Cr（OH）₃的化学性质与Al（OH）₃相似．在上述生产过程中加入NaOH溶液时要控制溶液的pH不能过高，是因为pH过高Cr（OH）₃会与过量的NaOH反应；
②下列溶液中可以代替上述流程中Na₂S₂O₃溶液的是D（填选项序号）；
A．FeSO₄溶液    B．浓H₂SO₄     C．酸性KMnO₄溶液    D．Na₂SO₃溶液
③常温下，调整溶液的pH=5时，计算说溶液中的Cr³⁺浓度为6.3×10^-4；
④上述流程中，每消耗0.1mol Na₂S₂O₃转移0.8mol e^-，则加入Na₂S₂O₃溶液时发生反应的离子方程式为3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O．

Answer 1

分析 铬铁矿（主要成分为FeO和Cr₂O₃，含有Al₂O₃、SiO₂等杂质），加入过量稀硫酸，固体A为SiO₂，溶液A中含有Cr³⁺、Al³⁺、Fe²⁺，在A中加入过氧化氢，可生成Fe³⁺，调节溶液pH可除去Fe³⁺、Al³⁺，生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，即固体D，溶液C含有Cr³⁺，在溶液C中加入NaBiO₃和NaOH，发生氧化还原反应，固体D为Bi（OH）₃，溶液D含有Na₂CrO₄，酸化可得Na₂Cr₂O₇，溶液经蒸发浓缩、冷却结晶可得Na₂Cr₂O₇•2H₂O，
（1）三氧化二铬与铝在高温条件下发生置换反应生成铬与三氧化二铝；
（2）盐酸中的氯是-1价具有还原性，会CrO₄^2-被氧化成氯气；
（3）由图2可知Na₂Cr₂O₇的溶解度随温度的升高而增大，而硫酸钠的温度随温度的升高而降低，所以采用蒸发结晶、趁热过滤的方法分离硫酸钠；
（4）①Cr（OH）₃的化学性质与Al（OH）₃相似，如果氢氧化钠过量Cr（OH）₃会溶解；
②可以代替上述流程中Na₂S₂O₃溶液，需要具有还原性，能还原重铬酸根离子；
③根据Ksp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）•（OH^-）³，来计算铬离子的浓度；
④每消耗0.1mol Na₂S₂O₃转移0.8mol e^-，Na₂S₂O₃ ～2SO₄^2-～8e^-，Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺～6e^-，依据氧化还原反应电子守恒分析配平书写氧化还原反应的离子方程式．

解答 解：（1）三氧化二铬与铝发生铝热反应的方程式为：Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃；故答案为：Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃ ；
（2）盐酸中的氯是-1价具有还原性，会CrO₄^2-被氧化成氯气，故答案为：盐酸中的Cl^-会被氧化，产生Cl₂；
（3）由图2可知Na₂Cr₂O₇的溶解度随温度的升高而增大，而硫酸钠的温度随温度的升高而降低，所以采用蒸发结晶、趁热过滤的方法分离硫酸钠，
故答案为：蒸发结晶、趁热过滤；
（4）①Cr（OH）₃的化学性质与Al（OH）₃相似，如果氢氧化钠过量Cr（OH）₃会溶解，故答案为：pH过高Cr（OH）₃会与过量的NaOH 反应；
②可以代替上述流程中Na₂S₂O₃溶液，需要具有还原性，能还原重铬酸根离子；
A．FeSO₄溶液中亚铁离子具有还原性，可以还原Cr₂O₇^2-离子，但又引入新的杂质离子铁离子，故A不符合；
B．浓H₂SO₄ 具有强氧化性，不能表现还原性，不能还原Cr₂O₇^2-，故B不符合；
C．酸性KMnO₄ 是强氧化剂不能还原Cr₂O₇^2-，故C不符合；
D．Na₂SO₃溶液中亚硫酸根离子具有还原性，可以还原Cr₂O₇^2-，故D符合；
故答案为：D；
③pH=5时，（OH^-）=10^-9mol/L，所以c（Cr³⁺）•（10^-9）³=6.3×10^-31，解之得c（Cr³⁺）=6.3×10^-4，
故答案为：6.3×10^-4；
④每消耗0.1mol Na₂S₂O₃转移0.8mol e^-，Na₂S₂O₃ ～2SO₄^2-～8e^-，Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺～6e^-，依据氧化还原反应电子守恒配平书写，3Na₂S₂O₃ ～6SO₄^2-～24e^-，4Cr₂O₇^2-～8Cr³⁺～24e^-，得到的氧化还原反应的离子方程式为3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O；
故答案为：3S₂O₃^2-+4Cr₂O₇^2-+26H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+13H₂O．

点评 本题考查了物质分离提纯的方法和过程分析，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握离子方程式书写，溶度积常数的计算应用，主要是氧化还原反应的理解应用，题目难度中等．