Question

3．电镀污泥中含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物质，工业上通过下述流程回收Na₂Cr₂O₇等物质．

已知：
①Cr（OH）₃、ZnO和Al₂O₃一样均为两性化合物；
②Na₂Cr₂O₇、Na₂SO₄在不同温度下的溶解度如表：

	20℃	60℃	100℃
Na2SO4	19.5	45.3	42.5
Na2Cr2O7	183	269	415

（1）焙烧过程中生成Na₂CrO₄的化学方程式为4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂；水浸后溶液中除Na₂CrO₄还存在的溶质有NaAlO₂和Na₂ZnO₂；
（2）加入H₂SO₄调节pH的目的为除去溶液中NaAlO₂、Na₂ZnO₂杂质，并将CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-；
（3）得到滤渣Ⅲ的“系列操作”的步骤为蒸发浓缩、冷却结晶 过滤；
（4）若1L加入H₂SO₄后所得溶液中含铬元素质量为23.4g，CrO₄^2-有8/9转化为Cr₂O₇^2-，求转化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=0.2mol•L^-1；
（5）向Na₂Cr₂O₇与H₂SO₄混合液中加入H₂O₂，再加入乙醚并摇动，乙醚层为蓝色．乙醚中溶有CrO₅，则发生反应的化学方程式为Na₂Cr₂O₇+4H₂O₂+H₂SO₄═2CrO₅+Na₂SO₄+5H₂O．

Answer 1

分析 以含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物质的电镀污泥为原料，烘干后加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，ZnO+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂ZnO₂+CO₂↑，水浸后过滤得到滤渣CuO、NiO，滤液为Na₂CrO₄，NaAlO₂、Na₂ZnO₂等，调节溶液PH沉淀ZnO₂^2-离子和偏铝酸根离子，过滤得到滤液Na₂CrO₄，滤渣Ⅱ的主要成分有Zn（OH）₂、Al（OH）₃，滤液Na₂CrO₄加入硫酸酸化生成重铬酸钠溶液，通过提纯得到重铬酸钠，
（1）根据上面的分析可知，氢氧化铬与碳酸钠在氧气的作用下被氧化成铬酸钠；焙烧后的固体中Na₂CrO₄、Na₂ZnO₂、NaAlO₂都溶于水；
（2）水浸后溶液中存在Na₂CrO₄，加入硫酸发生CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，从平衡移动的角度分析，同时NaAlO₂、Na₂ZnO₂杂质与酸反应；
（3）铬酸钠中加入硫酸生成重铬酸钠和硫酸钠，所以得到滤渣Ⅲ应为硫酸钠，根据两种物质的溶解度与温度的关系可确定操作步骤；
（4）若1L加入H₂SO₄后所得溶液中含铬元素质量为23.4g即铬的物质的量为$\frac{23.4g}{52g/mol}$=0.45mol，根据铬元素守恒可计算出所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）；
（5）Na₂Cr₂O₇与H₂O₂，在酸性条件下反应生成CrO₅，根据元素守恒书写反应的化学方程式．

解答 解：（1）根据上面的分析可知，氢氧化铬与碳酸钠在氧气的作用下被氧化成铬酸钠，反应的化学方程式为4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，焙烧后的固体中Na₂CrO₄、Na₂ZnO₂、NaAlO₂都溶于水，所以水浸后溶液中的溶质除Na₂CrO₄还存在 NaAlO₂、Na₂ZnO₂，
故答案为：4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂； NaAlO₂、Na₂ZnO₂；
（2）水浸后溶液中存在Na₂CrO₄，加入硫酸发生CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，NaAlO₂、Na₂ZnO₂与酸反应，可以除去溶液中NaAlO₂、Na₂ZnO₂杂质，并将CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，
故答案为：除去溶液中NaAlO₂、Na₂ZnO₂杂质，并将CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-；
（3）铬酸钠中加入硫酸生成重铬酸钠和硫酸钠，所以得到滤渣Ⅲ应为硫酸钠，根据两种物质的溶解度与温度的关系可知重铬酸钠的溶解度较大，而硫酸钠的溶解度较小，所以得到滤渣Ⅲ硫酸钠的步骤为 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，
故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；
（4）若1L加入H₂SO₄后所得溶液中含铬元素质量为23.4g即铬的物质的量为$\frac{23.4g}{52g/mol}$=0.45mol，CrO₄^2-有8/9转化为Cr₂O₇^2-，所以溶液中n（Cr₂O₇^2-）=0.45mol×$\frac{8}{9}$=×$\frac{1}{2}$0.2 mol，则溶液中c（Cr₂O₇^2-）=0.2mol•L^-1，
故答案为：0.2；
（5）Na₂Cr₂O₇与H₂O₂，在酸性条件下反应生成CrO₅，反应的化学方程式为Na₂Cr₂O₇+4H₂O₂+H₂SO₄═2CrO₅+Na₂SO₄+5H₂O，
故答案为：Na₂Cr₂O₇+4H₂O₂+H₂SO₄═2CrO₅+Na₂SO₄+5H₂O．

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、平衡状态的判断、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．