Question

19．我国目前大多数工厂以铬铁矿（主要成份为 FeO•Cr₂O₃，还含有A1₂O₃、MgO等杂质）为主要原料生产二水合重铬酸钠（Na₂Cr₂O₇•2H₂O），其主要工艺流程如图所示． 步骤①中涉及的主要反应是：
4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂═8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂．

回答下列问题：
（1）二水合重铬酸钠（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）中Cr的化合价为+3，氧化煅烧时将铬铁矿粉碎的目的是增大接触面积，加快铬铁矿煅烧速率．
（2）①中杂质 A1₂O₃与纯碱反应转变为可溶性盐，写出 A1₂O₃与纯碱反应的化学方程式Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，滤渣1的主要成分为MgO和Fe₂O₃（ 填化学式）．
（3）滤渣2的成分是Al（OH）₃（ 填化学式）．
（4）步骤④，向滤液中加入稀硫酸，溶液由黄色变为橙色，得到Na₂Cr₂O₇和 Na₂SO₄的混合溶液，发生反应的离子方程式为2H⁺+2CrO₄^2-=2H₂O+Cr₂O₇^2-．
（5）该工艺的酸性废液中含有Cr₂O₇^2-，向废液中加入绿矾（FeSO₄•7H₂O）还原处理，反应的离子方程式是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O； 再向处理后的溶液中加入石灰水，使 c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，此时溶液的pH值为5（已知：该条件下，K_sp=1.0×10^-32）．

Answer 1

分析 铬铁矿在空气中与纯碱煅烧生成Na₂CrO₄和一种红棕色固体，同时释放出CO₂气体，同时A1₂O₃+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，可知主反应为4Fe（CrO₂）₂+7O₂+8Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，铬铁矿在空气中与纯碱煅烧生成物通过水浸NaAlO₂进入浸出液中，而不溶的Fe₂O₃形成滤渣1，浸出液通过除杂，通入CO₂气体，形成滤渣2Al（OH）₃沉淀，最后分离出Na₂CrO₄溶液，经过酸化、过滤、结晶得到最终产品重铬酸钠晶体（ Na₂Cr₂O₇•2H₂O）；
（1）根据化合物中正负化合价之和为0计算Cr的化合价；从影响反应速率的因素角度考虑；
（2）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；煅烧时铬铁矿的成分之一Fe₂O₃没有参与反应，也不溶解与水中，
（3）铬铁矿煅烧时生成的NaAlO₂在水溶液中与CO₂生成Al（OH）₃沉淀；
（4）步骤④，向滤液中加入稀硫酸，溶液由黄色变为橙色，得到Na₂Cr₂O₇和 Na₂SO₄的混合溶液，说明溶液中存在CrO₄^2-在酸性条件下转化为Cr₂O₇^2-的过程，是非氧化还原反应，只需要根据电荷守恒和原子守恒即可写出此反应的离子方程式；
（5）在酸性条件下，Fe²⁺可以将Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺，根据电子守恒、电荷守恒和原子守恒即可写出此反应的离子方程式；根据溶度积常数K_sp=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-32，先计算出，再计算溶液pH．

解答 解：铬铁矿在空气中与纯碱煅烧生成Na₂CrO₄和一种红棕色固体，同时释放出CO₂气体，同时A1₂O₃+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，可知主反应为4Fe（CrO₂）₂+7O₂+8Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，铬铁矿在空气中与纯碱煅烧生成物通过水浸NaAlO₂进入浸出液中，而不溶的Fe₂O₃形成滤渣1，浸出液通过除杂，通入CO₂气体，形成滤渣2Al（OH）₃沉淀，最后分离出Na₂CrO₄溶液，经过酸化、过滤、结晶得到最终产品重铬酸钠晶体（ Na₂Cr₂O₇•2H₂O）；
（1）Fe（CrO₂）₂中，Fe为+2价，+2+2[x+（-2）×2]=0，解得x=+3；化煅烧时将铬铁矿粉碎，增大接触面积，加快铬铁矿煅烧速率，
故答案为：+3；增大接触面积，加快铬铁矿煅烧速率；
（2）根据流程图可知，煅烧过程中，铬铁矿中的Al₂O₃与纯碱反应生成了CO₂，然后依据元素守恒配平，得化学方程式为Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；煅烧时铬铁矿的成分之一Fe₂O₃没有参与反应，也不溶解与水中，所以滤渣1的成分为Fe₂O₃，
故答案为：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；Fe₂O₃；
（3）铬铁矿煅烧时生成的NaAlO₂在水溶液中与CO₂生成Al（OH）₃沉淀，故滤渣2的成分为Al（OH）₃，故答案为：Al（OH）₃；
（4）已知2H⁺+2CrO₄^2-?2H₂O+Cr₂O₇^2-向滤液中加入稀硫酸，溶液由黄色变为橙色，说明平衡正向移动，发生反应的离子方程式为2H⁺+2CrO₄^2-=2H₂O+Cr₂O₇^2-，故答案为：2H⁺+2CrO₄^2-=2H₂O+Cr₂O₇^2-；
（5）在酸性条件下，Fe²⁺可以还原Cr₂O₇^2-为Cr³⁺，发生反应的离子方程式为Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；已知K_sp=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-32、c（Cr³⁺）=10^-5mol/L，则c（OH^-）=1.0×10^-9mol/L，则c（H⁺）=$\frac{{K}_{w}}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{1×1{0}^{-14}}{{10}^{-9}}$mol/L=10^-5mol/L，则溶液的pH=5，
故答案为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；5．

点评 作为工业流程题，本题思路比较清晰，涉及反应原理分析、实验的基本操作及溶液的pH计算，题项设置简单，综合程度较高，同时考查学生分析问题和解决问题能力，难度中等．