题目内容

10．重铬酸钠（Na2Cr2O7•2H2O）是一种重要的化工原料，具有强氧化性，工业上用铬铁矿（主要成分：FeO•Cr2O3，还含有少量的SiO2、Al2O3）通过以下流程（图1）来制取重铬酸钠晶体（Na2Cr2O7）．回答下列问题．

（1）试剂X与硫酸均是调节溶液pH的，为何不用硫酸直接将溶液pH调整至酸化塔中溶液的pH？溶液中偏铝酸钠会变成铝离子，无法除去铝元素．写出两种能提高铬元素浸出率的措施：加热、搅拌、将铬铁矿粉碎等．
（2）氧化阶段发生多个反应，如SiO2，Al2O3分别与Na2CO3反应转化为可溶性的钠盐，FeO•Cr2O3，则转化为Fe2O3，Na2CrO4，写出FeO•Cr2O3与Na2CO3反应的方程式4FeO•Cr2O3+7O2+8Na2CO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2↑．
（3）酸化时主要反应的离子方程式为2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O．
（4）有关物质的溶解度与温度之间的关系如图2所示，则操作Ⅰ的内容是蒸发浓缩，趁热过滤，晶体a的化学式是Na2SO4；进行操作Ⅱ的过程中实验时的温度最好控制在50～80℃，溶液b送入到酸化塔的目的是使铬元素充分利用．
（5）假设铬铁矿中铬元素的质量分数为a%，若10t的铬铁矿经过上述处理后可得到Na2Cr2O7（式量为262）的质量为0.2a t，则转化过程中铬元素的利用率为79.4%．（精确到0.1）

分析 铬铁矿（主要成分：FeO•Cr2O3，还含有少量的SiO2、Al2O3），加入纯碱、空气氧化，SiO2，Al2O3分别与Na2CO3反应转化为可溶性的Na2SiO3和NaAlO2，以及二氧化碳气体，FeO•Cr2O3，则转化为Fe2O3、Na2CrO4，加入氢氧化钠溶液碱浸得渣料Ⅰ为Fe2O3，调节溶液的pH值7～8，使NaAlO2产生氢氧化铝沉淀，Na2SiO3产生H2SiO3沉淀，所以渣料Ⅱ为Al（OH）3、H2SiO3，在溶液中加入硫酸酸化，得Na2CrO4、Na2SO4混合溶液，根据溶解度曲线图可知，将溶液蒸发浓缩，趁热过滤得到晶体a为硫酸钠晶体，然后将得到的滤液冷却结晶过滤得到Na2Cr2O7•2H2O，溶液中含有Na2Cr2O7，再回到酸化塔中，进行循环利用，以此解答该题．

解答 解：铬铁矿（主要成分：FeO•Cr2O3，还含有少量的SiO2、Al2O3），加入纯碱、空气氧化，SiO2，Al2O3分别与Na2CO3反应转化为可溶性的Na2SiO3和NaAlO2，以及二氧化碳气体，FeO•Cr2O3，则转化为Fe2O3、Na2CrO4，加入氢氧化钠溶液碱浸得渣料Ⅰ为Fe2O3，调节溶液的pH值7～8，使NaAlO2产生氢氧化铝沉淀，Na2SiO3产生H2SiO3沉淀，所以渣料Ⅱ为Al（OH）3、H2SiO3，在溶液中加入硫酸酸化，得Na2CrO4、Na2SO4混合溶液，根据溶解度曲线图可知，将溶液蒸发浓缩，趁热过滤得到晶体a为硫酸钠晶体，然后将得到的滤液冷却结晶过滤得到Na2Cr2O7•2H2O，溶液中含有Na2Cr2O7，再回到酸化塔中，进行循环利用，
（1）试剂X与硫酸均是调节溶液pH的，如果用硫酸直接将溶液pH调整至酸化塔中溶液的pH，则溶液中偏铝酸钠会变成铝离子，无法除去铝元素，提高铬元素浸出率的措施是加热、搅拌、将铬铁矿粉碎等，
故答案为：溶液中偏铝酸钠会变成铝离子，无法除去铝元素；加热、搅拌、将铬铁矿粉碎等；
（2）FeO•Cr2O3与Na2CO3反应被空气中的氧气氧化，生成Fe2O3、Na2CrO4，反应的方程式为4FeO•Cr2O3+7O2+8Na2CO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2↑，
故答案为：4FeO•Cr2O3+7O2+8Na2CO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2↑；
（3）酸化时主要反应的离子方程式为2CrO42-+2H+=Cr2O7 2-+H2O，
故答案为：2CrO42-+2H+=Cr2O7 2-+H2O；
（4）根据上面的分析可知，操作Ⅰ的内容是 蒸发浓缩，趁热过滤，晶体a的化学式是 Na2SO4，进行操作Ⅱ为冷却结晶过滤，过程中实验时的温度最好控制在 50～80℃，溶液b中含有Na2Cr2O7，再回到酸化塔中，使铬元素充分利用，
故答案为：蒸发浓缩，趁热过滤；Na2SO4；50～80；使铬元素充分利用；
（5）铬铁矿中铬元素的质量分数为a%，10t的铬铁矿经过上述处理后可得到Na2Cr2O7的质量为0.2at，则转化过程中铬元素的利用率为$\frac{\frac{0.2at}{262}×2×52}{10t×a%}$×100%=79.4%，
故答案为：79.4%．

点评 本题考查了物质制备的流程分析判断，物质性质和实验操作的分析应用，把握晶体析出的原理和溶解度变化特征的分析是解题关键，题目难度中等，侧重于考查学生的实验能力、分析问题、解决问题的能力．

练习册系列答案
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20．元素及其化合物的性质是化学研究的主要内容之一．下列叙述正确的是（　　）
A．Na与氧气反应只生成Na2O2
B．将SO2通入过量CaCl2溶液可生成CaSO3沉淀
C．向Fe（NO3）2溶液滴加稀盐酸，溶液变黄色
D．向酚酞试液加足量Na2O2粉末，充分振荡后溶液呈红色
1．2010年1月4日，所罗门群岛连续发生里氏6.5级和里氏7.2级地震以及多次余震，引发海啸，部分海域浪高2.5米，造成大约1000人无家可归．
（1）有人计算后表明，造成海啸的海底地震的能量相当于3000颗广岛原子弹爆炸的能量．${\;}_{92}^{235}$U是制造原子弹的材料之一，它的质子数与中子数之差是，它与${\;}_{92}^{238}$U互称．
（2）海水中存在大量的氯化钠，精制盐水时要除去SO${\;}_{4}^{2-}$、Mg2+、Ca2+，可依次加入的溶液是BaCl2、NaOH、Na2CO3（写化学式）．过滤后，再加入盐酸，蒸发溶液后可得到较纯净的氯化钠．
（3）海啸之后，饮用水成为当地的问题之一．可用作饮用水消毒的消毒剂很多，如氯气．制备氯气时，为防止尾气污染空气，可用NaOH溶液吸收多余的氯气，原理是（用化学方程式表示）Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O．此原理主要产物是“84消毒液”的主要成分，该“84消毒液”商品使用说明上指出：本产品易使带色衣物脱色，你认为导致脱色的物质是NaClO（填化学式）．
（4）根据生产“84消毒液”的原理，工业上常用廉价的石灰乳吸收工业氯气尾气制得漂粉精，反应原理是Cl2+Ca（OH）2=CaCl2+Ca（ClO）2+H2O（用化学方程式表示），漂粉精的有效成分是Ca（ClO）2（填化学式），长期露置于空气中的漂白粉，加稀盐酸后产生的气体是C（用字母代号填）．
A、O2       B、Cl2        C、CO2        D、HClO
（5）随着灾民生活的渐渐稳定，工业生产也将逐渐恢复．现有一氯碱厂，按下面的流程生产：
$\stackrel{食盐水}{→}$电解→合成$\stackrel{氯化铵}{→}$吸收．
上图的流程中，电解饱和食盐水的化学方程式是2NaCl+2H2O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H2↑+Cl2↑，电解饱和食盐水，在阳极附近能收集到能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝色的氯气．在工业上，将电解饱和食盐水得到的气体通入合成塔中合成氯化氢，在合成塔中燃烧时火焰呈苍白色．
18．下列关于氯元素的单质及化合物的说法不正确的是（　　）
A．氯元素在自然界中只以化合态形式存在
B．H2在Cl2中燃烧会产生苍白色火焰
C．漂粉精是混合物，其有效成分是次氯酸钠
D．久置氯水最终变为稀盐酸
5．有可逆反应C（s）+H2O（g）?H2（g）+CO（g）处于平衡状态，当平衡向左移动时，混合气体相对平均分子质量变化正确的是下列选项中的（　　）
A．增大B．减小C．不变D．前三种均有可能
15．CO和CO2的混合气体18g，完全燃烧后测得CO2的体积为11.2L（标准状况）．试回答：
①混合气体中CO的质量是7g．
②混合气体中CO2在标准状况下的体积为5.6L．
③混合气体在标准状况下的密度为1.61g•L-1．
④求混合气体的平均相对分子质量？
2．化学是你，化学是我，说明了化学知识在生活中的普遍性．下列说法正确的是（　　）
A．半导体行业中有一句话：“从沙滩到用户”计算机芯片的材料是二氧化硅
B．“人造太阳”原理为：21H+31H→42He+10n，该过程不是化学变化
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D．“歼-20”飞机上使用的碳纤维是一种新型的有机高分子材料
19．pH均为5的氯化铵溶液与盐酸中，水电离出的[H+]之比为104：1，pH均为10的碳酸钠溶液与氢氧化钠溶液中，水电离出的[H+]之比为106：1．
13．下列离子方程式中，正确的是（　　）
A．盐酸滴在大理石上：2H++CO32-═CO2↑+H2O
B．硫酸滴在铜片上：Cu+2H+═Cu2++H2↑
C．向NaOH溶液中通入过量CO2：OH-+CO2═HCO3-
D．氢氧化钠与NaHCO3溶液反应：OH-+H+═H2O

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