Question

19．我國目前大多數(shù)工廠以鉻鐵礦（主要成份為 FeO•Cr₂O₃，還含有A1₂O₃、MgO等雜質(zhì)）為主要原料生產(chǎn)二水合重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇•2H₂O），其主要工藝流程如圖所示． 步驟①中涉及的主要反應(yīng)是：
4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂═8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂．

回答下列問題：
（1）二水合重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）中Cr的化合價為+3，氧化煅燒時將鉻鐵礦粉碎的目的是增大接觸面積，加快鉻鐵礦煅燒速率．
（2）①中雜質(zhì) A1₂O₃與純堿反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄喳}，寫出 A1₂O₃與純堿反應(yīng)的化學(xué)方程式Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，濾渣1的主要成分為MgO和Fe₂O₃（ 填化學(xué)式）．
（3）濾渣2的成分是Al（OH）₃（ 填化學(xué)式）．
（4）步驟④，向濾液中加入稀硫酸，溶液由黃色變?yōu)槌壬�，得到Na₂Cr₂O₇和 Na₂SO₄的混合溶液，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2H⁺+2CrO₄^2-=2H₂O+Cr₂O₇^2-．
（5）該工藝的酸性廢液中含有Cr₂O₇^2-，向廢液中加入綠礬（FeSO₄•7H₂O）還原處理，反應(yīng)的離子方程式是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O； 再向處理后的溶液中加入石灰水，使 c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，此時溶液的pH值為5（已知：該條件下，K_sp=1.0×10^-32）．

Answer 1

分析 鉻鐵礦在空氣中與純堿煅燒生成Na₂CrO₄和一種紅棕色固體，同時釋放出CO₂氣體，同時A1₂O₃+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，可知主反應(yīng)為4Fe（CrO₂）₂+7O₂+8Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，鉻鐵礦在空氣中與純堿煅燒生成物通過水浸NaAlO₂進(jìn)入浸出液中，而不溶的Fe₂O₃形成濾渣1，浸出液通過除雜，通入CO₂氣體，形成濾渣2Al（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）；
（1）根據(jù)化合物中正負(fù)化合價之和為0計算Cr的化合價；從影響反應(yīng)速率的因素角度考慮；
（2）根據(jù)流程圖可知，煅燒過程中，鉻鐵礦中的Al₂O₃與純堿反應(yīng)生成了CO₂，然后依據(jù)元素守恒配平，得化學(xué)方程式；煅燒時鉻鐵礦的成分之一Fe₂O₃沒有參與反應(yīng)，也不溶解與水中，
（3）鉻鐵礦煅燒時生成的NaAlO₂在水溶液中與CO₂生成Al（OH）₃沉淀；
（4）步驟④，向濾液中加入稀硫酸，溶液由黃色變?yōu)槌壬�，得到Na₂Cr₂O₇和 Na₂SO₄的混合溶液，說明溶液中存在CrO₄^2-在酸性條件下轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-的過程，是非氧化還原反應(yīng)，只需要根據(jù)電荷守恒和原子守恒即可寫出此反應(yīng)的離子方程式；
（5）在酸性條件下，F(xiàn)e²⁺可以將Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺，根據(jù)電子守恒、電荷守恒和原子守恒即可寫出此反應(yīng)的離子方程式；根據(jù)溶度積常數(shù)K_sp=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-32，先計算出，再計算溶液pH．

解答 解：鉻鐵礦在空氣中與純堿煅燒生成Na₂CrO₄和一種紅棕色固體，同時釋放出CO₂氣體，同時A1₂O₃+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，可知主反應(yīng)為4Fe（CrO₂）₂+7O₂+8Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，鉻鐵礦在空氣中與純堿煅燒生成物通過水浸NaAlO₂進(jìn)入浸出液中，而不溶的Fe₂O₃形成濾渣1，浸出液通過除雜，通入CO₂氣體，形成濾渣2Al（OH）₃沉淀，最后分離出Na₂CrO₄溶液，經(jīng)過酸化、過濾、結(jié)晶得到最終產(chǎn)品重鉻酸鈉晶體（ Na₂Cr₂O₇•2H₂O）；
（1）Fe（CrO₂）₂中，F(xiàn)e為+2價，+2+2[x+（-2）×2]=0，解得x=+3；化煅燒時將鉻鐵礦粉碎，增大接觸面積，加快鉻鐵礦煅燒速率，
故答案為：+3；增大接觸面積，加快鉻鐵礦煅燒速率；
（2）根據(jù)流程圖可知，煅燒過程中，鉻鐵礦中的Al₂O₃與純堿反應(yīng)生成了CO₂，然后依據(jù)元素守恒配平，得化學(xué)方程式為Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；煅燒時鉻鐵礦的成分之一Fe₂O₃沒有參與反應(yīng)，也不溶解與水中，所以濾渣1的成分為Fe₂O₃，
故答案為：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；Fe₂O₃；
（3）鉻鐵礦煅燒時生成的NaAlO₂在水溶液中與CO₂生成Al（OH）₃沉淀，故濾渣2的成分為Al（OH）₃，故答案為：Al（OH）₃；
（4）已知2H⁺+2CrO₄^2-?2H₂O+Cr₂O₇^2-向濾液中加入稀硫酸，溶液由黃色變?yōu)槌壬�，說明平衡正向移動，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2H⁺+2CrO₄^2-=2H₂O+Cr₂O₇^2-，故答案為：2H⁺+2CrO₄^2-=2H₂O+Cr₂O₇^2-；
（5）在酸性條件下，F(xiàn)e²⁺可以還原Cr₂O₇^2-為Cr³⁺，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；已知K_sp=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-32、c（Cr³⁺）=10^-5mol/L，則c（OH^-）=1.0×10^-9mol/L，則c（H⁺）=$\frac{{K}_{w}}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{1×1{0}^{-14}}{{10}^{-9}}$mol/L=10^-5mol/L，則溶液的pH=5，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；5．

點評 作為工業(yè)流程題，本題思路比較清晰，涉及反應(yīng)原理分析、實驗的基本操作及溶液的pH計算，題項設(shè)置簡單，綜合程度較高，同時考查學(xué)生分析問題和解決問題能力，難度中等．