Question

【題目】以鉻鐵礦[Fe(CrO2)2]為原料可制備K2Cr2O7和金屬鉻。實(shí)驗(yàn)流程如下:

已知:2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O。pH<3.0，CrO42-含量極小。

（1）寫出鉻鐵礦焙燒轉(zhuǎn)化為Na2CrO4的化學(xué)反應(yīng)方程式:_____________________________________；焙燒時不能使用陶瓷容器的原因是________________________________________。

（2）加入稀硫酸后所得Na2Cr2O7溶液的pH應(yīng)小于3.0，可用_________________測定溶液pH。

（3）操作①包括過濾和洗滌。實(shí)驗(yàn)室洗滌沉淀的操作是________________________________。

（4）Na2S的作用是①__________________________和②___________________________。

（5）Fe3+在pH為3.7時可完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3。在上述流程中所得Na2Cr2O7溶液中含有少量Fe3+。請結(jié)合下圖有關(guān)物質(zhì)的溶解度曲線，設(shè)計由Na2Cr2O7溶液制備K2Cr2O7固體的實(shí)驗(yàn)方案(實(shí)驗(yàn)中須選用的試劑:硫酸溶液、NaOH溶液、KCl固體、蒸餾水)____________________。

Answer 1

【答案】4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 陶瓷在高溫下會與Na2CO3反應(yīng) pH計 沿玻璃棒加水至浸設(shè)沉淀，待水自然濾出后重復(fù)2~3次 調(diào)節(jié)溶液的酸堿度 將重鉻酸鈉還原為氫氧化鉻 ①向Na2Cr2O7溶液中加入適量NaOH溶液調(diào)節(jié)pH大于3.7，過濾；②向①中濾液加入硫酸溶液至pH小于3.0，再加入適量KCl固體，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾，洗滌，干燥

【解析】

根據(jù)流程圖可知，煅燒過程中，鉻鐵礦轉(zhuǎn)化生成得到Na2CrO4、Fe2O3和CO2；溶解過濾得到含有雜質(zhì)的Na2CrO4浸出液，調(diào)節(jié)溶液pH，過濾除去不溶性的物質(zhì)，得到Na2CrO4溶液；向溶液中加入稀硫酸使CrO42-轉(zhuǎn)化為Cr2O72--，得到Na2Cr2O7溶液；向Na2Cr2O7溶液中加入Na2S，Na2S調(diào)節(jié)溶液的酸堿度的同時將重鉻酸鈉還原為氫氧化鉻；過濾、洗滌得到氫氧化鉻沉淀，氫氧化鉻受熱分解得到氧化鉻，氧化鉻還原得到鉻單質(zhì)；向Na2Cr2O7溶液中加入KCl固體，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到K2Cr2O7。

（1）根據(jù)流程圖可知，高溫煅燒過程中，鉻鐵礦與純堿、空氣中氧氣反應(yīng)，轉(zhuǎn)化生成Na2CrO4、Fe2O3和CO2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4

+8CO2；因陶瓷中含有二氧化硅，二氧化硅在高溫下會與Na2CO3反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳。（2）要檢測酸化操作中溶液的pH是否等于3．0，普通pH試紙只能測定溶液pH到整數(shù)，是近似測定，準(zhǔn)確測定需要用pH計。而且該溶液是有色的強(qiáng)氧化劑，故不適宜用pH試紙測定其pH值。（3）實(shí)驗(yàn)室洗滌沉淀在過濾器中完成，洗滌沉淀的操作是沿玻璃棒向過濾器中加蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然濾出后，重復(fù)操作2~3次。（4）向Na2Cr2O7溶液中加入Na2S，由于其有還原性、且其水解可以使溶液顯堿性，故Na2S的作用是調(diào)節(jié)溶液的酸堿度、將重鉻酸鈉還原為氫氧化鉻。（5）由Na2Cr2O7溶液制備K2Cr2O7固體的實(shí)驗(yàn)方案是先調(diào)節(jié)溶液pH，在pH為3.7時將Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，過濾，向?yàn)V液中加入硫酸溶液至pH小于3.0，以減少鉻酸根離子；依據(jù)題給溶解度曲線可知，重鉻酸鉀的溶解度隨溫度變化較大，故向除雜后的溶液中加入KCl固體，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作，通過復(fù)分解反應(yīng)將Na2Cr2O7轉(zhuǎn)化為溶解度更小的K2Cr2O7晶體。