Question

5．工業(yè)上常用鉻鐵礦（有效成份為FeO•Cr₂O₃，主要雜質(zhì)為SiO₂、Al₂O₃）為原料生產(chǎn)重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇），實驗室模擬工業(yè)法用鉻鐵礦制重鉻酸鉀的主要工藝流程如圖所示，涉及的主要反應是：6FeO•Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O，試回答下列問題：

（1）⑤中溶液金屬陽離子的檢驗方法是焰色反應；
（2）步驟③被沉淀的離子為（填離子符號）SiO₃^2-，AlO₂^-；
（3）在反應器①中，二氧化硅與純堿反應的化學方程式為：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂；
（4）煙道氣中的CO₂可與H₂合成甲醇．CH₃OH、H₂的燃燒熱分別為：△H=-725.5kJ/mol、△H=-285.8kJ/mol，寫出工業(yè)上以CO₂、H₂合成CH₃OH的熱化學方程式：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9kJ/mol；
（5）2011年云南曲靖的鉻污染事件，說明含鉻廢渣（廢水）的隨意排放對人類生存環(huán)境有極大的危害．電解法是處理鉻污染的一種方法，金屬鐵作陽極、石墨作陰極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，一段時間后產(chǎn)生Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀．
①寫出電解法處理廢水的總反應的離子方程式CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9kJ/mol；
②已知Cr（OH）₃的K_sp=6.3×10^-31，若地表水鉻含量最高限值是0.1mg/L，要使溶液中c（Cr³⁺）降到符合地表水限值，須調(diào)節(jié)溶液的c（OH^-）≥$\sqrt{\frac{{6.3×{{10}^{-31}}}}{{\frac{{1×{{10}^{-4}}}}{52}}}}$；mol/L（只寫計算表達式）．

Answer 1

分析 （1）鈉離子、鉀離子的檢驗方法是焰色反應；
（2）硅酸鈉和偏鋁酸鈉易發(fā)生水解，根據(jù)水解平衡移動原理來回答；
（3）二氧化硅與碳酸鈉反應生成硅酸鈉和二氧化碳；
（4）利用蓋斯定律計算反應熱，并書寫熱化學方程式，甲醇和氫氣的燃燒熱書寫其熱化學方程式分別為：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，反應CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
可以看成是方程式$\frac{3}{2}$×②-①×$\frac{1}{2}$；
（5）①用Fe為陽極進行電解，總反應：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
Cr₂O₇^2-將亞鐵離子氧化為鐵離子反應的實質(zhì)是：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，F(xiàn)e³⁺、Cr³⁺結(jié)合氫氧根離子最終轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃、Cr（OH）₃沉淀，把以上方程式加合可得電解法處理廢水的總反應的離子方程式6Fe+Cr₂O₇^2-+2H⁺+17H₂O=6Fe（OH）₃↓+2Cr（OH）₃↓+6H₂↑；
②根據(jù)Cr（OH）₃的K_sp=6.3×10^-31=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）計算．

解答 解：（1）⑤中溶液金屬陽離子為鈉離子、鉀離子，檢驗方法是焰色反應，
故答案為：焰色反應；
（2）由于硅酸鈉和偏鋁酸鈉在溶液中發(fā)生水解，SiO₃^2-+H₂O?HSiO₃^-+OH^-、HSiO₃^-+H₂O?H₂SiO₃+OH^-、AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，降低pH有利于水解平衡向正反應方向移動，當pH調(diào)到7～8時能使它們完全水解生成沉淀，
故答案為：SiO₃^2-，AlO₂^-；
（3）二氧化硅與碳酸鈉反應生成硅酸鈉和二氧化碳，該反應為SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂，
故答案為：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂；
（4）甲醇和氫氣的燃燒熱書寫其熱化學方程式分別為：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，反應CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
可以看成是方程式$\frac{3}{2}$×②-①×$\frac{1}{2}$；所以△H=×（-571.6kJ/mol）-（-1451kJ/mol）×$\frac{1}{2}$=-131.9kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9kJ/mol；
（5）①用Fe為陽極進行電解，總反應：$\frac{3}{2}$H₂↑；
Cr₂O₇^2-具有強氧化性，可以將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原為2Cr³⁺，反應的實質(zhì)是：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，Cr₂O₇^2-與Fe²⁺反應的過程中，都將消耗大量的H⁺，使溶液pH上升，促使Fe³⁺、Cr³⁺結(jié)合氫氧根離子最終轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃、Cr（OH）₃沉淀，綜上可得：電解法處理廢水的總反應的離子方程式6Fe+Cr₂O₇^2-+2H⁺+17H₂O=6Fe（OH）₃↓+2Cr（OH）₃↓+6H₂↑，故答案為：6Fe+Cr₂O₇^2-+2H⁺+17H₂O=6Fe（OH）₃↓+2Cr（OH）₃↓+6H₂↑；
②，若地表水鉻含量最高限值是0.1mg/L，換算成物質(zhì)的量濃度c（Cr³⁺）=$\frac{1×1{0}^{-4}}{52}$mol/L，要使溶液中c（Cr³⁺）降到符合地表水限值，已知Cr（OH）₃的K_sp=6.3×10^-31=c（Cr³⁺）×c³（OH^-），須調(diào)節(jié)溶液的c（OH^-）≥$\sqrt{\frac{{6.3×{{10}^{-31}}}}{{\frac{{1×{{10}^{-4}}}}{52}}}}$mol/L，故答案為：$\sqrt{\frac{{6.3×{{10}^{-31}}}}{{\frac{{1×{{10}^{-4}}}}{52}}}}$．

點評 本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應、電解原理、蓋斯定律、化學計算、物質(zhì)檢驗等知識點，需要學生具備扎實的基礎(chǔ)知識，平時注意培養(yǎng)分析和解決問題的能力，題目難度中等．