Question

9．以铬铁矿[主要成份为Fe（CrO₂）₂，含有Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂等杂质]为主要原料生产重铬酸钠晶体（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）的主要工艺流程如下：

（1）煅烧过程中，铬铁矿中的Al₂O₃与纯碱反应的化学方程式为：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；
（2）酸化时发生的反应为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，若1L酸化后所得溶液中含铬元素的质量为28.6g，CrO₄^2-有$\frac{10}{11}$转化为Cr₂O₇^2-．
①酸化时发生反应的平衡常数K的表达式为K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）{c}^{2}（{H}^{+}）}$；
②酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=0.25mol•L^-1；
③已知：常温时该反应的平衡常数K=10¹⁴．上述酸化后所得溶液的pH=6．
（3）根据有关国家标准，含CrO₄^2-的废水要经化学处理，使其浓度降至5.0×10^-7 mol•L^-1以下才能排放．含CrO₄^2-的废水处理通常有以下两种方法．
①沉淀法：加入可溶性钡盐生成BaCrO₄沉淀[Ksp（BaCrO₄）=1.2×10^-10]，再加入可溶性硫酸盐处理多余的Ba²⁺．加入可溶性钡盐后的废水中Ba²⁺的浓度应不小于2.4×10^-4mol•L^-1，后续废水处理方能达到国家排放标准．
②还原法：CrO₄^2-$→_{H+}^{绿矾}$Cr³$\stackrel{石灰水}{→}$Cr（OH）₃．写出酸性条件下CrO₄^2-与绿矾反应的离子方程式CrO₄^2-+3Fe²⁺+8H⁺=Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据流程图可知，煅烧过程中，铬铁矿中的Al₂O₃与纯碱反应生成了CO₂，然后依据元素守恒配平，得化学方程式．
（2）①酸化时发生的反应为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，据此写出K的表达式；
②根据守恒列关系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-，列式计算得n（Cr₂O₇^2-）和n（CrO₄^2-）_剩余，进而求出酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）；
③根据反应 2CrO₄^2-+2H⁺═?Cr₂O₇^2-+H₂O及平衡常数K═10¹⁴，可求出c（H+）=1.0×10^-6mol，则PH=6，
（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酸性条件下CrO₄^2-与亚铁离子反应生成Cr³⁺和Fe³⁺、水．

解答 解：（1）根据流程图可知，煅烧过程中，铬铁矿中的Al₂O₃与纯碱反应生成了CO₂，然后依据元素守恒配平，得化学方程式为Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，
故答案为：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑．
（2）①酸化时发生的反应为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，其K的表达式为K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）{c}^{2}（{H}^{+}）}$，
故答案为：$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）{c}^{2}（{H}^{+}）}$；
②若1L酸化后所得溶液中含铬元素的质量为28.6g，CrO₄^2-有$\frac{10}{11}$转化为Cr₂O₇^2-，说明铬元素有$\frac{10}{11}$转化为Cr₂O₇^2-
根据守恒列关系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-
                  2              1
           $\frac{28.6×\frac{10}{11}}{52}$ mol     n（Cr₂O₇^2-）
则n（Cr₂O₇^2-）=0.25mol，n（CrO₄^2-）_剩余=0.05mol；
则①酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=$\frac{n}{V}$=0.25mol•L^-1；
故答案为：0.25mol•L^-1；
③设H⁺的物质的量浓度为amol/L，
              2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O
平衡（mol/L） 0.05   a     0.25
平衡常数K=$\frac{0.25}{0.0{5}^{2}×{a}^{2}}$═10¹⁴，
则a=1.0×10^-6mol，PH=6，
故答案为：6；
（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；
②酸性条件下CrO₄^2-与亚铁离子反应生成Cr³⁺和Fe³⁺、水，其反应的离子方程式为：CrO₄^2-+3Fe²⁺+8H⁺=Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O；
故答案为：CrO₄^2-+3Fe²⁺+8H⁺=Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O．

点评 本题考查了物质的分离提纯流程，主要考查了操作流程分析、离子检验、金属的冶炼、溶度积常数的计算、方程式的书写等，题目难度中等，侧重于考查学生分析问题、解决问题能力和计算能力．