Question

13．鋁熱法煉鉻廢渣主要成分為Al₂O₃和Cr₂O₃，還含有MgO、FeO、Fe₂O₃等雜質(zhì)，以下是以煉鉻廢渣為原料回收Al₂O₃和Cr₂O₃的流程圖：

已知：
①“焙燒”涉及的主要反應(yīng)：Na₂CO₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；
Cr₂O₃+Na₂CO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂CrO₄+CO₂↑（未配平）；
②濾液2中涉及的反應(yīng)：8CrO₄^2-+3S₂O₃^2-+34H⁺═6SO₄^2-+8Cr³⁺+17H₂O
③K_sp[Cr（OH）₃]=8×10^-32
根據(jù)題意回答下列問題：
（1）請完成下列化學(xué)方程式的配平：
2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂↑；
（2）煉鉻廢渣在焙燒前需球磨粉碎，其目的是使反應(yīng)物接觸更充分，加快反應(yīng)速率，通過原料利用率．
（3）濾渣1的主要成分是MgO、Fe₂O₃．
（4）流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是CO₂．
（5）寫出步驟Ⅲ“碳分”的離子反應(yīng)方程式：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（6）濾液2還原后的溶液中為使Cr³⁺沉淀完全，溶液pH應(yīng)小于5.3．（已知：lg5=0.7；當(dāng)溶液中離子濃度不大于1×10^-5mol/L時，可以認(rèn)為不含該離子）
（7）濾液2經(jīng)多步操作還可以獲得K₂Cr₂O₇晶體，其操作依次是：加入稀硫酸酸化，加入KCl固體、蒸發(fā)濃縮、操作a、過濾、操作b、干燥．
①加硫酸酸化的目的是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-．
②操作a、操作b分別是冷卻結(jié)晶、洗滌．

Answer 1

分析 鋁熱法煉鉻廢渣主要成分為Al₂O₃和Cr₂O₃，還含有MgO、FeO、Fe₂O₃等雜質(zhì)，回收Al₂O₃和Cr₂O₃的流程圖分析可知，鉻廢渣加入純堿通入空氣進(jìn)行焙燒Ⅰ，焙燒”涉及的主要反應(yīng)：Na₂CO₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；Cr₂O₃+Na₂CO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂CrO₄+CO₂↑（未配平），水浸過濾得到濾渣1為MgO、Fe₂O₃ ，步驟Ⅲ“碳分”通入二氧化碳和偏鋁酸鹽反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和濾液2主要是CrO₄^2-離子，加入硫代硫酸鈉溶液還原得到鉻離子，加入濃氨水沉淀得到氫氧化鉻，煅燒過濾得到Cr₂O₃，
（1）元素化合價變化計(jì)算電子轉(zhuǎn)移總數(shù)，結(jié)合原子守恒配平書寫離子方程式；
（2）煉鉻廢渣在焙燒前需球磨粉碎，是加快反應(yīng)速率；
（3）可知濾渣Ⅰ為MgO、Fe₂O₃ ；
（4）流程中參與反應(yīng)最后生成的物質(zhì)可以循環(huán)使用；
（5）步驟Ⅲ“碳分”的反應(yīng)為偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀；
（6）K_sp[Cr（OH）₃]=8×10^-32，結(jié)合溶度積常數(shù)計(jì)算氫氧根離子濃度和溶液PH；
（7）①結(jié)合流程圖和反應(yīng)過程中得到物質(zhì)分析，酸化步驟用醋酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5為了轉(zhuǎn)化CrO₄^2-離子為Cr₂O₇^2-；
②溶液中得到溶質(zhì)晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌步驟分析回答；

解答 解：（1）Cr₂O₃+Na₂CO₃+O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Na₂CrO₄+CO₂↑，反應(yīng)中鉻元素化合價+3價變化為+6價，Cr₂O₃變化為2Na₂CrO₄，電子轉(zhuǎn)移6e^-，氧元素化合價0價變化為-2價，O₂ 反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移4e^-，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)12e^-，Cr₂O₃前系數(shù)為2，Na₂CrO₄前系數(shù)為4，O₂前系數(shù)3，結(jié)合原子守恒配平得到化學(xué)方程式為：2Cr₂O₃+4 Na₂CO₃+3O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 4Na₂CrO₄+4CO₂↑，
故答案為：2、4、3、4、4；
（2）煉鉻廢渣在焙燒前需球磨粉碎，其目的是使反應(yīng)物接觸更充分，加快反應(yīng)速率，通過原料利用率，
故答案為：使反應(yīng)物接觸更充分，加快反應(yīng)速率，通過原料利用率；
（3）Al₂O₃和Cr₂O₃和碳酸鈉反應(yīng)，MgO、Fe₂O₃ 不與碳酸鈉反應(yīng)，所以濾渣Ⅰ為MgO、Fe₂O₃ ，故答案為：MgO、Fe₂O₃ ；
（4）分析流程可知二氧化碳參與反應(yīng)，最后又生成，可以循環(huán)使用，故答案為：CO₂ ；
（5）步驟Ⅲ“碳分”的反應(yīng)為偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（6）K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）c³（OH^-）=8×10^-32，當(dāng)溶液中離子濃度不大于1×10^-5mol/L時，可以認(rèn)為不含該離子，則c（OH^-）=$\root{3}{\frac{8×1{0}^{-32}}{1{0}^{-5}}}$=2×10^-9mol/L，c（H+）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-9}}$=5×10^-6mol/L，溶液PH=6-lg5=5.3，
故答案為：5.3；
（7）①酸化步驟依據(jù)流程圖中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和制備目的可知，結(jié)合反應(yīng)平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氫離子濃度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，
故答案為：使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-；FeO被氧化為氧化鐵，
②操作Ⅲ有多步組成，獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到晶體，
故答案為：冷卻結(jié)晶；洗滌．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)分離、物質(zhì)提純方法、物質(zhì)性質(zhì)的分析、溶度積常數(shù)計(jì)算應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)等知識點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．