Question

重铬酸盐广泛用作氧化剂、皮革制作等．以铬矿石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为原料制取重铬酸钠的流程如图1：

请回答下列问题：
（1）写出Cr₂O₃在高溫焙烧时反应的化学方程式

 

（2）写出硫酸酸化使Na₂CrO₄转化为Na₂Cr₂O₇的离子方程式

 

．
（3）某工厂采用石墨电极电解Na₂CrO₄溶液，实 现了 Na₂CrO₄到Na₂Cr₂O₇的转化，其原理如图2所示．
①钠离子交换膜的一种材料是聚丙烯酸钠，聚丙烯酸钠单体的结构简式是

 

；
②写出阳极的电极反应式

 

（4）Na₂Cr₂O₇可用于测定废水的化学耗氧量（即C0D，指每升水样中还原性物质被氧化 所需要O₂的质量）．现有某水样100.00mL，酸化后加入c₁mol/L的Na₂Cr₂O₇溶液 V₁mL，使水中的还原性物质完全被氧化（Cr₂O

2- 7

还原为Cr³⁺）；再用4mol/L的FeSO₄溶液滴定剩 余的Cr₂O

2- 7

，结果消耗FeSO₄溶液V₂mL．
①该水样的COD为

 

mg/L；
②假设上述反应后所得溶液中Fe³⁺和Cr³⁺的物质的量浓度均为0.1mol/L，要使Fe³⁺沉 淀完全而Cr³⁺还未开始沉淀．则需调节溶液pH的范围是

 

．
（可能用到的数据：K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp[Cr（OH）₃]=6.0×10^-31，lg

3	0.4

=-0.1，lg

3	4

=0.2，lg

3	6

=0.3，lg

3	60

=0.6）

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,电解原理

专题：实验设计题,基本概念与基本理论

分析：以铬矿石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为原料，加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应生成铬酸钠，二氧化碳，水浸后过滤得到滤渣FeO，滤液为Na₂CrO₄，Na₂SiO₃，NaAlO₂；调节溶液PH沉淀硅酸跟离子和偏铝酸根离子，过滤得到滤液Na₂CrO₄，加入硫酸酸化生成重铬酸钠溶液，通过提纯得到重铬酸钠；
（1）铬矿石中加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应生成铬酸钠，二氧化碳，依据原子守恒和电子守恒配平写出化学方程式；
（2）硫酸酸化使Na₂CrO₄转化为Na₂Cr₂O₇，依据电荷守恒写出离子方程式；
（3）①依据聚丙烯酸钠是加成聚合反应生成，单体为丙烯酸钠；
②石墨电极电解Na₂CrO₄溶液，实现了Na₂CrO₄到Na₂Cr₂O₇的转化，电解池中阳极是溶液中氢氧根离子失电子生成氧气，阴极是CrO₄^2-得到电子生成Cr₂O₇^2-；
（4）①根据题意废水与K₂Cr₂O₇溶液发生氧化还原反应，再用Fe²⁺把多余的Cr₂O₇^2-反应：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，则与废水反应反应的K₂Cr₂O₇的物质的量=加入的K₂Cr₂O₇的物质的量-与Fe²⁺反应的K₂Cr₂O₇的物质的量，利用2K₂Cr₂O₇～3O₂可求出废水中化学耗氧量即COD；
②铁离子完全沉淀的浓度为10^-5mol/L，铬离子不沉淀的浓度为0.1mol/L，由溶度积常数计算溶液氢氧根离子浓度，结合离子积常数换算氢离子浓度计算得到溶液pH．

解答： 解：（1）由图示可知Cr₂O₃在高温焙烧时生成Na₂CrO₄，发生氧化还原反应，反应的化学方程式为2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂

高温  .

4Na₂CrO₄+4CO₂，
故答案为：2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂

高温  .

4Na₂CrO₄+4CO₂；
（2）在酸性环境下，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，在酸性环境下，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，即2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（3））①依据聚丙烯酸钠是加成聚合反应生成，单体为丙烯酸钠，结构简式为CH₂=CHCOONa，故答案为：CH₂=CHCOONa；
②石墨电极电解Na₂CrO₄溶液，实现了Na₂CrO₄到Na₂Cr₂O₇的转化，电解池中阳极是溶液中氢氧根离子失电子生成氧气，阴极是CrO₄^2-得到电子生成Cr₂O₇^2-，阳极电极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（4）①现有某水样100.00mL，酸化后加入c₁mol/L的Na₂Cr₂O₇溶液 V₁mL，使水中的还原性物质完全被氧化（Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺）；再用4mol/L的FeSO₄溶液滴定剩 余的Cr₂O₇^2-，结果消耗FeSO₄溶液V₂mL，废水与K₂Cr₂O₇溶液发生氧化还原反应，再用Fe²⁺把多余的Cr₂O₇^2-反应：
     Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
     1        6
     n       4mol/L×V₂×10^-3L
n=

2

3

V₂×10^-3mol
则100ml废水中，与废水反应反应的K₂Cr₂O₇的物质的量=加入的K₂Cr₂O₇的物质的量-与Fe²⁺反应的K₂Cr₂O₇的物质的量=c₁mol/L×V₁×10^-3L-

2

3

V₂×10^-3mol，
1L废水水样中被还原的K₂Cr₂O₇的物质的量=（c₁V₁-

2

3

V₂）×10^-2mol
利用2K₂Cr₂O₇～3O₂可求出废水中化学耗氧量即COD，
                    2K₂Cr₂O₇～3O₂
                   2         3×32
     （c₁V₁-

2

3

V₂）×10^-2mol      m
m=（48c₁V₁-32V₂）×10^-2g=（480c₁V₁-320V₂）mg，该水样的COD为（480c₁V₁-320V₂）mg/L，
故答案为：（480c₁V₁-320V₂）；
②反应后所得溶液中Fe³⁺和Cr³⁺的物质的量浓度均为0.1mol/L，要使Fe³⁺沉 淀完全而Cr³⁺还未开始沉淀，需要c（Fe³⁺）=10^-5mol/l时铁离子沉淀完全，由溶度积常数Ksp=c（Fe³⁺）c³（OH^-），c³（OH^-）=

4.0×10-38

1×10-5

=4.0×10^-33 ，c（OH^-）=

3	4

×10^-11mol/L，c（H⁺）=

10-14

3 4  ×10-11

=

10-14

100.2×10-11

=10^-3.2，pH=-lgc（H⁺）=3.2；
Cr³⁺还未开始沉淀，c（Cr³⁺）=0.1mol/L，Ksp=c（Cr³⁺）c³（OH^-）=6.0×10^-31，c³（OH^-）=

6.0×10-31

0.1

=6.0×10^-30；c（OH^-）=

3	6

×10^-10mol/L，c（H⁺）=

10-14

3 6 ×10-10

=

10-14

100.3×10-10

=10^-4.3mol/L，pH=-lgc（H⁺）=4.3，
则要使Fe³⁺沉淀完全而Cr³⁺还未开始沉淀．则需调节溶液pH的范围是3.2～4.3，
故答案为：3.2～4.3．

点评：本题考查物质制备实验过程分析，滴定实验的计算，沉淀溶解平衡的溶度积常数计算应用，电解池中原理分析，题目难度较大，注意把握滴定原理以及实验的过程分析，掌握基础和题干信息是关键．