Question

3．過(guò)渡元素位于第四周期第ⅥB族，是一種銀白色的金屬，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定．常用于金屬加工，電鍍等行業(yè)中．工業(yè)生產(chǎn)的含鉻廢水也是重要工業(yè)污染物之一．工業(yè)上以鉻鐵礦主要成分是Fe（CrO₂）₂為原料冶煉金屬鉻還可獲得強(qiáng)氧化劑Na₂Cr₂O₃，其工藝流程如如圖1所示：

（1）Na₂Cr₂O₃中鉻元素的化合價(jià)為+2，已知Cr（OH）₃為兩性氫氧化物，寫出其電離方程式：H⁺+H₂O+CrO₂^-?Cr（OH）₃?Cr³⁺+3OH^-．
（2）酸化過(guò)程中，選用硫酸而不選用鹽酸的原因是鉻酸根有強(qiáng)氧化性，把鹽酸中的氯離子氧化，生成氯氣．
（3）固體a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，根據(jù)如圖2分析操作a為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾．
（4）加入Na₂S溶液充分反應(yīng)后，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，寫出生成S₂O₃^2-的離子方程式6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃↓+22OH^-．
（5）高溫氧化時(shí)，反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為7：4．
（6）寫出利用鋁熱反應(yīng)制取鉻的化學(xué)方程式2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr．

Answer 1

分析 工業(yè)上常用鉻鐵礦（主要成分為Fe（CrO₂）₂）為原料冶煉金屬鉻還可獲得強(qiáng)氧化劑Na₂Cr₂O₃流程：鉻鐵礦加入碳酸鈉和氧氣高溫氧化生成Na₂CrO₄，二氧化碳和氧化鐵，水浸過(guò)濾得到渣料氧化鐵和濾液Na₂CrO₄溶液，溶液中加入稀硫酸酸化生成重鉻酸鈉和硫酸鈉溶液，通過(guò)蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶，依據(jù)溶解度圖象分析可知，過(guò)濾得到固體a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，溶液a為重鉻酸鉀溶液，另一份Na₂CrO₄溶液中加入Na₂S發(fā)生氧化還原反應(yīng)，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在．鉻元素生成氫氧化鉻沉淀，過(guò)濾后灼燒得到氧化鉻，利用鋁熱反應(yīng)制備金屬鉻；
（1）根據(jù)在化合物中正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零，結(jié)合鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₃）的化學(xué)式進(jìn)行解答，Cr（OH）₃為兩性氫氧化物，酸式電離出CrO₂^-和H⁺，堿式電離出鉻離子和氫氧根離子；
（2）酸化過(guò)程中，不選用鹽酸的原因是氯離子具有還原性易被氧化為氯氣；
（3）與溶解度圖象分析，得到硫酸鈉晶體的方法是利用重鉻酸鈉溶解度隨溫度變化不大，硫酸鈉溶解度速溫度變化大，可以利用蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得到晶體；
（4）加入Na₂S溶液反應(yīng)后，和Na₂CrO₄溶液反應(yīng)生成氫氧化鉻，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，依據(jù)原子守恒書寫離子方程式；
（5）化合價(jià)升高的物質(zhì)為還原劑、化合價(jià)降低的為氧化劑，鉻鐵礦加入碳酸鈉和氧氣高溫氧化，該反應(yīng)中O元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?2價(jià)、Fe元素化合價(jià)由+2價(jià)變?yōu)?3價(jià)，Cr元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?6價(jià)，根據(jù)得失電子相等配平方程式分析；
（6）鋁的還原性強(qiáng)于鉻，氧化鉻和鋁高溫反應(yīng)生成鉻和氧化鋁；

解答 解：鉻鐵礦（主要成分是Fe（CrO₂）₂）為原料冶煉鉻及獲得強(qiáng)氧化劑Na₂Cr₂O₃流程：鉻鐵礦加入碳酸鈉和氧氣高溫氧化時(shí)，F(xiàn)e（CrO₂）₂和碳酸鈉、氧氣反應(yīng)氧化還原反應(yīng)化學(xué)方程式為4Fe（CrO₂）₂+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，生成Na₂CrO₄，二氧化碳和氧化鐵，水浸過(guò)濾得到渣料氧化鐵和濾液Na₂CrO₄溶液，溶液中加入稀硫酸酸化生成重鉻酸鈉和硫酸鈉溶液，通過(guò)蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶，依據(jù)溶解度圖象分析可知，過(guò)濾得到固體a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，溶液a為重鉻酸鉀溶液，另一份Na₂CrO₄溶液中加入Na₂S發(fā)生氧化還原反應(yīng)8Na₂CrO₄+6Na₂S+23H₂O═8Cr（OH）₃↓+3Na₂S₂O₃+22NaOH，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在．鉻元素生成氫氧化鉻沉淀，過(guò)濾后灼燒得到氧化鉻，利用鋁熱反應(yīng)制備金屬鉻2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃ ；
（1）鈉元素顯+1價(jià)，氧元素顯-2價(jià)，設(shè)鉻元素的化合價(jià)是x，根據(jù)在化合物中正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零，可得：（+1）×2+2x+（-2）×3=0，則x=+2，Cr（OH）₃的電離方程式為CrO₂^-+H⁺+H₂O?Cr（OH）₃?Cr³⁺+3OH^-，
故答案為：+2；H⁺+H₂O+CrO₂^-?Cr（OH）₃?Cr³⁺+3OH^-；
（2）鉻酸根有強(qiáng)氧化性，氯離子具有還原性，酸化過(guò)程中，不選用鹽酸的原因是氯離子易被氧化為氯氣，
故答案為：鉻酸根有強(qiáng)氧化性，把鹽酸中的氯離子氧化，生成氯氣；
（3）結(jié)合溶解度圖象分析，溶液中得到硫酸鈉晶體的方法是：利用重鉻酸鈉溶解度隨溫度變化不大，硫酸鈉溶解度速溫度變化大，可以利用蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得到晶體，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（4）加入Na₂S溶液反應(yīng)后，和Na₂CrO₄溶液反應(yīng)生成氫氧化鉻，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，依據(jù)原子守恒書寫離子方程式為，6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃+22OH^-，
故答案為：6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃↓+22OH^-；
（5）鉻鐵礦加入碳酸鈉和氧氣高溫氧化時(shí)，O元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?2價(jià)、Fe元素化合價(jià)由+2價(jià)變?yōu)?3價(jià)，Cr元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?6價(jià)，F(xiàn)e（CrO₂）₂和碳酸鈉、氧氣反應(yīng)氧化還原反應(yīng)化學(xué)方程式為4Fe（CrO₂）₂+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為7：4，
故答案為：7：4；
（6）氧化鉻和鋁高溫反應(yīng)生成鉻和氧化鋁，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr，
故答案為：2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純的方法和過(guò)程分析判斷，主要是物質(zhì)溶解性、氧化還原反應(yīng)產(chǎn)物的分析應(yīng)用，離子方程式書寫方法等，掌握分析流程的方法和基礎(chǔ)知識(shí)是關(guān)鍵，題目難度中等．