Question

7．工業(yè)上以鉻鐵礦（主要成分Fe0．Cr₂0₃，還含少量Al₂0₃）生產(chǎn)重要的化工原料紅礬鈉（即重鉻酸鈉晶體，化學(xué)式為Na₂Cr₂0₇•2H₂0）及鉻酐（Cr0₃）的工藝流程如圖1

回答下列問題：
（1）步驟A中主反應(yīng)生成Na₂Cr0₄的化學(xué)方程式為4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，副反應(yīng)主要有：Fe₂0₃+Na₂C0₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaFe0₂+C0₂ 和Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑
（2）步驟A中往高溫焙燒爐中加入的輔料是石灰石，其主要目的不是造渣，但不加石灰石，主反應(yīng)速率將很慢，而且反應(yīng)不完全．由此可知，加石灰石的主要作用是高溫下石灰水分解產(chǎn)生的二氧化碳從下往上穿過爐料，使得爐料翻滾，起到攪拌作用，使?fàn)t料疏松，增加與氧氣的接觸面積有利于反應(yīng)的進行
（3）步驟B中形成廢渣的主要成分是Al（OH）₃、Fe（OH）₃．
（4）如圖是紅礬鈉和硫酸鈉的溶解度曲線．據(jù)此，步驟C操作的方法是：將硫酸酸化鉻酸鈉和硫酸鈉所得的混合溶液蒸發(fā)濃縮（填操作名稱），趁熱過濾得到的晶體是Na₂SO₄（填化學(xué)式）；然后將所得濾液冷卻結(jié)晶（填操作名稱），過濾得到的晶體是Na₂Cr₂O₇•2H₂O．
（5）C步中用硫酸酸化，能否用鹽酸酸化：不能，理由是Cr₂O₇^2-在酸性溶液中是強氧化劑，可能被鹽酸還原；酸化時為什么酸度不能太低：因為存在轉(zhuǎn)化平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，如酸度太低，CrO₄^2-的轉(zhuǎn)化率不高．

Answer 1

分析 工業(yè)上以鉻鐵礦（主要成分Fe0．Cr₂0₃，還含少量Al₂0₃），加入純堿輔料，通入空氣煅燒得到鉻酸鈉冷卻加水稀釋，加入稀硫酸調(diào)至中性過濾除去廢渣，得到鉻酸鈉和氯酸鈉混合溶液，用硫酸酸化得到紅礬鈉，加入濃硫酸加熱熔化趁熱分離得到鉻酐，
（1）步驟A中主反應(yīng)生成Na₂Cr0₄的反應(yīng)是Fe0．Cr₂0₃和碳酸鈉、氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Na₂CrO₄ 、2Fe₂O₃、CO₂，結(jié)合電子守恒和原子守恒配平書寫化學(xué)方程式，氧化鋁是兩性氧化物和碳酸鈉加熱反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和二氧化碳；
（2）碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣和二氧化硅等雜質(zhì)形成爐渣除去，同時生成的二氧化碳?xì)怏w會使固體原理反應(yīng)完全，高溫下石灰水分解產(chǎn)生的二氧化碳從下往上穿過爐料，使得爐料翻滾，起到攪拌作用；
（3）調(diào)節(jié)溶液中性，此時溶液中鐵離子和氯離子全部沉淀；
（4）圖象分析可知，分析圖象中溶解度隨溫度的變化，操作是先分離出硫酸鈉，再獲得紅礬鈉，由圖可知，硫酸鈉的溶解度受溫度影響比較大，溫度高于50°C溶解度減小，所以應(yīng)采取升溫蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶、過濾；紅礬鈉溶解度受溫度影響變化是隨溫度升高增大，應(yīng)采取蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過濾的方法得到；
（5）Cr₂O₇^2-在酸性溶液中是強氧化劑，溶液中存在化學(xué)平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，酸度低平衡逆向進行．

解答 解：（1）工業(yè)鉻鐵礦（FeO•Cr₂O₃，含少量Al₂O₃和SiO₂），加入碳酸鈣和碳酸鈉煅燒氧化反應(yīng)FeO•Cr₂O₃，和碳酸鈉在一起作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氧化鐵，鉻酸鈉和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂，
故答案為：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂；
（2）碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳，分解產(chǎn)生CaO，與某些雜質(zhì)反應(yīng)形成爐渣，起到除雜的作用，分解產(chǎn)生CO₂從下而上穿過，使得爐料翻滾，增大爐料與氧氣的接觸面積加快原料的煅燒氧化，加石灰石的主要作用是高溫下石灰水分解產(chǎn)生的二氧化碳從下往上穿過爐料，使得爐料翻滾，起到攪拌作用，使?fàn)t料疏松，增加與氧氣的接觸面積有利于反應(yīng)的進行，
故答案為：高溫下石灰水分解產(chǎn)生的二氧化碳從下往上穿過爐料，使得爐料翻滾，起到攪拌作用，使?fàn)t料疏松，增加與氧氣的接觸面積有利于反應(yīng)的進行；
（3）調(diào)節(jié)溶液中性，此時溶液中鐵離子和氯離子全部沉淀，步驟B中形成廢渣的主要成分是Al（OH）₃、Fe（OH）₃，
故答案為：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
（4）分析圖象中溶解度隨溫度的變化，操作是先分離出硫酸鈉，再獲得紅礬鈉，由圖可知，硫酸鈉的溶解度受溫度影響比較大，溫度高于50°C溶解度減小，所以應(yīng)采取升溫蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶、過濾；紅礬鈉溶解度受溫度影響變化是隨溫度升高增大，應(yīng)采取蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過濾的方法得到；步驟V操作的方法是：將Ⅳ所得溶液蒸發(fā)濃縮，趁熱過濾得到硫酸鈉晶體，然后將得到的濾液冷卻結(jié)晶過濾得到Na₂Cr₂O₇•2H₂O，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；Na₂SO₄；冷卻結(jié)晶、過濾；Na₂Cr₂O₇•2H₂O；
（5）C步中用硫酸酸化，不能用鹽酸酸化，因為Cr₂O₇^2-在酸性溶液中是強氧化劑，可能被鹽酸還原，溶液中存在化學(xué)平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，酸度低平衡逆向進行，CrO₄^2-的轉(zhuǎn)化率不高，
故答案為：Cr₂O₇^2-在酸性溶液中是強氧化劑，可能被鹽酸還原，因為存在轉(zhuǎn)化平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，如酸度太低，CrO₄^2-的轉(zhuǎn)化率不高．

點評 本題考查了物質(zhì)制備的流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和實驗操作的分析應(yīng)用，把握晶體析出的原理和溶解度變化特征的分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．