Question

16．以鉻鐵礦[主要成分為Fe（CrO₂）₂，含有Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)]為主要原料生產(chǎn)重要鉻鐵礦KClO₃、純堿CO₂氧化劑重鉻酸鈉晶體（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）的主要工藝流程如圖：

（1）浸出液中的主要成分為Na₂CrO₄．寫出煅燒時(shí)主要成分[Fe（CrO₂）₂]發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式6Fe（CrO₂）₂+7KClO₃+12Na₂CO₃=12Na₂CrO₄+7KCl+3Fe₂O₃+12CO₂↑；同時(shí)雜質(zhì)Al₂O₃、SiO₂液轉(zhuǎn)化為可溶性鹽，在浸出液中分別以AlO₂^-、SiO₃^2-（離子符號(hào)）存在．
（2）酸化的目的是將Na₂CrO₄轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇．寫出反應(yīng)的離子方程式：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O；
通過結(jié)晶分離得到的Na₂Cr₂O₇•2H₂O中可能含有的雜質(zhì)除了Na₂SO₄外，還有KCl（或K₂SO₄\NaCl）．
進(jìn)一步提純的方法是重結(jié)晶．
（3）根據(jù)有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，含CrO₄^2-的廢水要經(jīng)化學(xué)處理，使其濃度降至5.0×10^-7mol/L以下才能排放．含CrO₄^2-的廢水處理通常有以下兩種方法．
①沉淀法：加入可溶性鋇鹽生成BaCrO₄沉淀[K_sp（BaCrO₄）=1.2×10^-10]，再加入可溶性硫酸鹽處理多余的Ba²⁺．加入可溶性鋇鹽后的廢水中Ba²⁺的濃度應(yīng)不小于2.4×10^-4mol/L，后續(xù)廢水處理方能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)．
②還原法：CrO₄^2-$→_{H+}^{綠礬}$Cr³⁺$\stackrel{石灰水}{→}$Cr（OH）₃．用該方法處理10m³ CrO₄^2-的物質(zhì)的量濃度為1.5×10^-3mol/L的廢水，至少需要綠礬（FeSO₄•7H₂O）12.5kg．

Answer 1

分析 以鉻鐵礦[主要成分為Fe（CrO₂）₂，含有Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)]為主要原料生產(chǎn)重鉻酸鈉晶體（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）：鉻鐵礦在空氣中與純堿煅燒生成Na₂CrO₄和CO₂氣體，反應(yīng)為：6Fe（CrO₂）₂+7KClO₃+12Na₂CO₃=12Na₂CrO₄+7KCl+3Fe₂O₃+12CO₂↑，同時(shí)A1₂O₃+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，SiO₂+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑，鉻鐵礦與純堿、KClO₃煅燒生成物通過水浸Na₂SiO₃、Na₂CrO₄、NaAlO₂進(jìn)入浸出液中，而不溶的Fe₂O₃形成濾渣，浸出液通過除雜，通入CO₂氣體，形成濾渣硅酸、Al（OH）₃沉淀，最后分離出Na₂CrO₄溶液，經(jīng)過酸化、過濾、結(jié)晶得到最終產(chǎn)品重鉻酸鈉晶體（ Na₂Cr₂O₇•2H₂O）；
（3）①根據(jù)沉淀溶解平衡CrO₄^2-+Ba²⁺?BaCrO₄及K_sp（BaCrO₄）=C（CrO₄^2-）×C（Ba²⁺）=1.2×10^-10，可得C（Ba²⁺）；
②根據(jù)電子守恒列關(guān)系式：CrO₄^2-～3FeSO₄•7H₂O，可得FeSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量進(jìn)而求質(zhì)量．

解答 解：（1）浸出液中的主要成分為Na₂CrO₄，由流程可知還有二氧化碳、氧化鐵的生成，故煅燒時(shí)主要成分[Fe（CrO₂）₂]發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：6Fe（CrO₂）₂+7KClO₃+12Na₂CO₃=12Na₂CrO₄+7KCl+3Fe₂O₃+12CO₂↑，同時(shí)A1₂O₃+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，SiO₂+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑，雜質(zhì)Al₂O₃、SiO₂液轉(zhuǎn)化為可溶性鹽，在浸出液中分別以存在AlO₂^-、SiO₃^2-；
故答案為：6Fe（CrO₂）₂+7KClO₃+12Na₂CO₃=12Na₂CrO₄+7KCl+3Fe₂O₃+12CO₂↑；AlO₂^-；SiO₃^2-；
（2）酸化的目的是將Na₂CrO₄轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇，離子方程式為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O；流程中鉀離子、氯離子、硫酸根離子、鈉離子未除去，故產(chǎn)品中還可能含有 KCl（或K₂SO₄\NaCl），可通過重結(jié)晶進(jìn)一步提純；
故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O； KCl（或K₂SO₄\NaCl）；重結(jié)晶；
（3）①CrO₄^2-+Ba²⁺?BaCrO₄
      5.0×10^-7mol•L^-1 C（Ba²⁺）
K_sp（BaCrO₄）=C（CrO₄^2-）×C（Ba²⁺）=5.0×10^-7×C（Ba²⁺）=1.2×10^-10，
C（Ba²⁺）=2.4×10^-4mol/L；
故答案為：2.4×10^-4；
 ②CrO₄^2-$→_{H+}^{綠礬}$Cr³⁺，CrO₄^2-中的Cr化合價(jià)由+6價(jià)降為+3價(jià)，F(xiàn)eSO₄•7H₂O中鐵的化合價(jià)由+3價(jià)降為+2價(jià)，
則有：CrO₄^2-～～～～～～3FeSO₄•7H₂O
        1                   3
    10^4_L×1.5×10^-3 mol•L^-1   45mol
所以FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量為：45mol×278g/mol=12510g=12.5kg；
故答案為：12.5．

點(diǎn)評(píng) 本題以物質(zhì)制備為載體，考查學(xué)生對(duì)原理的分析理解、物質(zhì)的分離提純、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)含量測(cè)定、信息獲取與遷移運(yùn)用等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度中等．