Question

12．鉻及其化合物用途廣泛，工業(yè)上冶煉鉻的主要步驟如圖1所示：

（1）寫(xiě)出鉻鐵礦焙燒的化學(xué)方程式：8Na₂CO₃+4Fe（CrO₂）₂+7O₂ $\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑，步驟Ⅰ涉及的操作有溶解、過(guò)濾（填操作名稱）；
（2）步驟Ⅱ中可加入Na₂S溶液實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，反應(yīng)后的濾液中有Na₂S₂O₃，該轉(zhuǎn)化的離子方程式為8CrO₄^2-+6S^2-+23H₂O═8Cr（OH）₃↓+3S₂O₃^2-+22OH^-；
（3）步驟IV中電解熔融Cr₂O₃的陽(yáng)極反應(yīng)式為2O^2--4e^-=O₂↑；
（4）K₂Cr₂O₇可由KCl和Na₂Cr₂O₇反應(yīng)制得，根據(jù)圖2所示溶解度曲線圖，簡(jiǎn)述能制取K₂Cr₂O₇晶體的原因在60℃以上蒸發(fā)溶劑，NaCl溶解度最小，易沉淀，從而使反應(yīng)KCl+Na₂Cr₂O₇═K₂Cr₂O₇+2NaCl↓ 發(fā)生，因K₂Cr₂O₇溶解度隨溫度變化較大，取濾液降溫結(jié)晶，即得K₂Cr₂O₇晶體；
（5）已知Cr（OH）₃的K_sp=6.3×10^-31．若地表水鉻含量最高限值是0.1mg/L，要使溶液中c（Cr³⁺）降到符合地表水限值，須調(diào)節(jié)溶液的c（OH^-）≥$\root{3}{\frac{6.3×1{0}^{-31}}{\frac{1×1{0}^{-4}}{52}}}$（只寫(xiě)計(jì)算表達(dá)式）．

Answer 1

分析 （1）鉻鐵礦加入碳酸鈉，通入氧氣焙燒發(fā)生反應(yīng)生成氧化鐵、Na₂CrO₄和二氧化碳，結(jié)合原子守恒和電子守恒配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；步驟Ⅰ加入水溶解，分離固體和溶液用過(guò)濾；
（2）步驟Ⅱ中可加入Na₂S溶液實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，反應(yīng)后的濾液中有Na₂S₂O₃，生成Cr（OH）₃↓沉淀，結(jié)合原子守恒和電子守恒配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式，Cr元素的化合價(jià)由+6價(jià)變?yōu)?3價(jià)；
（3）電解熔融狀態(tài)的Cr₂O₃，陽(yáng)極上氧離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上鉻離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（4）在60℃以上蒸發(fā)溶劑，NaCl溶解度最小，易沉淀，因K₂Cr₂O₇溶解度隨溫度變化較大，取濾液降溫結(jié)晶，即得K₂Cr₂O₇晶體；
（5）根據(jù)Cr（OH）₃的K_sp=6.3×10^-31=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）計(jì)算．

解答 解：（1）鉻鐵礦加入碳酸鈉，通入氧氣焙燒發(fā)生反應(yīng)生成氧化鐵、Na₂CrO₄和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：8Na₂CO₃+4Fe（CrO₂）₂+7O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑，步驟Ⅰ加入水溶解，分離固體和溶液用過(guò)濾，步驟Ⅰ涉及的操作有溶解、過(guò)濾，
故答案為：8Na₂CO₃+4Fe（CrO₂）₂+7O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；溶解、過(guò)濾；
（2）步驟Ⅱ中可加入Na₂S溶液實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，反應(yīng)后的濾液中有Na₂S₂O₃，生成Cr（OH）₃↓沉淀，Cr元素的化合價(jià)由+6價(jià)變?yōu)?3價(jià)，硫元素-2價(jià)變化為+2價(jià)，結(jié)合電子守恒和電荷守恒、原子守恒配平書(shū)寫(xiě)得到離子方程式：8CrO₄^2-+6S^2-+23H₂O═8Cr（OH）₃↓+3S₂O₃^2-+22OH^-，
故答案為：8CrO₄^2-+6S^2-+23H₂O═8Cr（OH）₃↓+3S₂O₃^2-+22OH^-；
（3）電解熔融狀態(tài)的Cr₂O₃，陽(yáng)極上氧離子失電子生成氧氣，陰極上鉻離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以陽(yáng)極上電極反應(yīng)式為：2O^2--4e^-=O₂↑，
故答案為：2O^2--4e^-=O₂↑；
（4）K₂Cr₂O₇可由KCl和Na₂Cr₂O₇反應(yīng)制得，根據(jù)圖2所示溶解度曲線圖，能制取K₂Cr₂O₇晶體的原因是：在60℃以上蒸發(fā)溶劑，NaCl溶解度最小，易沉淀，從而使反應(yīng)KCl+Na₂Cr₂O₇═K₂Cr₂O₇+2NaCl↓ 發(fā)生，因K₂Cr₂O₇溶解度隨溫度變化較大，取濾液降溫結(jié)晶，即得K₂Cr₂O₇晶體，
故答案為：在60℃以上蒸發(fā)溶劑，NaCl溶解度最小，易沉淀，從而使反應(yīng)KCl+Na₂Cr₂O₇═K₂Cr₂O₇+2NaCl↓ 發(fā)生，因K₂Cr₂O₇溶解度隨溫度變化較大，取濾液降溫結(jié)晶，即得K₂Cr₂O₇晶體；
（5）若地表水鉻含量最高限值是0.1mg/L，換算成物質(zhì)的量濃度c（Cr³⁺）=$\frac{1×1{0}^{-4}}{52}$mol/L，要使溶液中c（Cr³⁺）降到符合地表水限值，已知Cr（OH）₃的K_sp=6.3×10^-31=c（Cr³⁺）×c³（OH^-），須調(diào)節(jié)溶液的c（OH^-）≥$\root{3}{\frac{6.3×1{0}^{-31}}{\frac{1×1{0}^{-4}}{52}}}$mol/L，
故答案為：$\root{3}{\frac{6.3×1{0}^{-31}}{\frac{1×1{0}^{-4}}{52}}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應(yīng)、電解原理、化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、物質(zhì)分離提純等知識(shí)點(diǎn)，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，平時(shí)注意培養(yǎng)分析和解決問(wèn)題的能力，題目難度中等．