Question

5．化工原料红矾钠（重铬酸钠：Na₂Cr₂O₇•2H₂O）主要是以铬铁矿（主要成分为FeO•Cr₂O₃，还含有Al₂O₃、SiO₂等杂质）为主要原料生产，其主要工艺流程如下：

步骤①中主要反应的化学方程式如下：
4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂═8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂
（1）①中反应是在回转窑中进行的，反应时需不断搅拌，其作用是增大反应物的接触面积，加快反应速率．
（2）杂质Al₂O₃在①中转化的化学反应方程式为Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑．
（3）用化学平衡移动原理说明③中煮沸的作用是水解吸热，煮沸促进水解平衡AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-、SiO₃^2-+2H₂O?H₂SiO₃+2OH^-向右移动，生成氢氧化铝、硅酸沉淀（用离子方程式结合文字说明），若调节pH过低产生的影响是H⁺将水解生成的氢氧化铝沉淀溶解，杂质Al³⁺与Na₂CrO₄难以分离．
（4）⑤中酸化是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-写出该反应的离子方程式：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．

（5）工业上还可用电解法制备重铬酸钠，其装置示意图如上．
阴极的电极反应式为4H₂O+4e^-=OH^-+2H₂↑；
阳极的电极反应式为4OH^--4e^-=₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 铬铁矿（主要成分为FeO•Cr₂O₃，还含有Al₂O₃、SiO₂等杂质）加入碳酸钠煅烧，可生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、NaAlO₂、Na₂SiO₃等，加入水浸取，得到滤渣1为Fe₂O₃，过滤后将滤液稀释、煮沸、调节pH7～8得到滤渣2为Al（OH）₃、H₂SiO₃，过滤后将滤液酸化，发生了反应2Na₂CrO₄+H₂SO₄?Na₂SO₄+Na₂Cr₂O₇+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，蒸发结晶得到硫酸钠，冷却结晶得到Na₂Cr₂O₇•2H₂O，
（1）①中反应是在回转窑中进行的，反应时需不断搅拌，可增大反应物的接触面积；
（2）杂质Al₂O₃在①中转化生成NaAlO₂；
（3）滤液中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃等，都为强碱弱酸盐，加热煮沸，促进水解，若调节pH过低，H⁺将水解生成的氢氧化铝沉淀溶解，杂质Al³⁺与Na₂CrO₄难以分离；
（4）酸化使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，反应的离子方程式为2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（5）阴极上氢离子放电生成氢气，阳极上氢氧根放电生成氧气．

解答 解：铬铁矿（主要成分为FeO•Cr₂O₃，还含有Al₂O₃、SiO₂等杂质）加入碳酸钠煅烧，可生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、NaAlO₂、Na₂SiO₃等，加入水浸取，得到滤渣1为Fe₂O₃，过滤后将滤液稀释、煮沸、调节pH7～8得到滤渣2为Al（OH）₃、H₂SiO₃，过滤后将滤液酸化，发生了反应2Na₂CrO₄+H₂SO₄?Na₂SO₄+Na₂Cr₂O₇+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，蒸发结晶得到硫酸钠，冷却结晶得到Na₂Cr₂O₇•2H₂O，
（1）①中反应是在回转窑中进行的，反应时需不断搅拌，可增大反应物的接触面积，加快反应速率，故答案为：增大反应物的接触面积，加快反应速率；
（2）杂质Al₂O₃在①中转化的化学反应方程式为Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，故答案为：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；
（3）滤液中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃等，都为强碱弱酸盐，加热煮沸，促进水解平衡AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-、SiO₃^2-+2H₂O?H₂SiO₃+2OH^-向右移动，生成氢氧化铝、硅酸沉淀，若调节pH过低，H⁺将水解生成的氢氧化铝沉淀溶解，杂质Al³⁺与Na₂CrO₄难以分离，
故答案为：水解吸热，煮沸促进水解平衡AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-、SiO₃^2-+2H₂O?H₂SiO₃+2OH^-向右移动，生成氢氧化铝、硅酸沉淀； H⁺将水解生成的氢氧化铝沉淀溶解，杂质Al³⁺与Na₂CrO₄难以分离；
（4）酸化使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，反应的离子方程式为2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（5）溶液中有四种离子，重铬酸酸根，钠离子，氢离子和氢氧根，在阴极上氢离子放电：2 H⁺+2e═H₂↑或4H₂O+4e^-=OH^-+2H₂↑，在阳极上氢氧根放电：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，
故答案为：4H₂O+4e^-=OH^-+2H₂↑；4OH^--4e^-=₂↑+2H₂O．

点评 本题考查了物质制备流程和方案的分析判断，物质性质的应用，为高频考点，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，注意把握题干信息的分析理解，操作步骤的注意问题和基本操作方法是解题关键，题目难度中等．