Question

紅礬鈉（重鉻酸鈉：Na₂Cr₂O₇?2H₂O）是重要的基礎(chǔ)化工原料．鉻常見(jiàn)價(jià)態(tài)有+3、+6價(jià)．鉻的主要自然資源是鉻鐵礦FeCr₂O₄（含有Al₂O₃、MgO、SiO₂等雜質(zhì)），實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)以鉻鐵礦為原料生產(chǎn)紅礬鈉的主要流程如圖1所示：

①中主要反應(yīng)：4FeCr₂O₄+8Na₂CO₃+7O₂

高溫

8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂
①中副反應(yīng)：Al₂O₃+Na₂CO₃

高溫

2NaAlO₂+CO₂↑，SiO₂+Na₂CO₃

高溫

Na₂SiO₃+CO₂↑
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）FeCr₂O₄化學(xué)名為亞鉻酸亞鐵，寫(xiě)出它的氧化物形式

 

．步驟“①”的反應(yīng)器材質(zhì)應(yīng)選用

 

（填“瓷質(zhì)”、“鐵質(zhì)”或“石英質(zhì)”）．
（2）“②”中濾渣1的成分是

 

，“③”中調(diào)pH值是

 

 （填“調(diào)高”或“調(diào)低”），“④”中 濾渣2的成分是

 

．
（3）“⑤”酸化的目的是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，寫(xiě)出平衡轉(zhuǎn)化的離子方程式：

 

．
（4）如圖2所示是Na₂Cr₂O₇?2H₂O和Na₂SO₄的溶解度曲線，則操作Ⅰ是

 

，操作Ⅱ是

 

（填序號(hào)）．
①蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾          
②降溫結(jié)晶，過(guò)濾
（5）已知某鉻鐵礦含鉻元素34%，進(jìn)行步驟①～④中損失2%，步驟⑤～⑦中產(chǎn)率為92%，則1噸該礦石理論上可生產(chǎn)紅礬鈉

 

噸（保留2位小數(shù)）．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)金屬元素的化合價(jià)書(shū)寫(xiě)相應(yīng)的氧化物，注意氧化物形式中Fe與Cr原子之比為1：2；
“瓷質(zhì)”或“石英質(zhì)”儀器都含有二氧化硅，高溫下與碳酸鈉反應(yīng)，故性質(zhì)“鐵質(zhì)”儀器；
（2）步驟①中有氧化鐵生成，氧化鋁、二氧化硅發(fā)生反應(yīng)生成可溶性鹽，氧化鎂不反應(yīng)，據(jù)此判斷步驟②中濾渣1的成分；
氧化鐵不溶于水，鉻鐵礦經(jīng)煅燒、水浸之后除去生成的氧化鐵及氧化鎂，副反應(yīng)中生成Na₂SiO₃、NaAlO₂等雜質(zhì)，將pH值調(diào)低，可生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀過(guò)濾除去；
步驟“③”調(diào)節(jié)pH值，生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀過(guò)濾除去，故“④”中濾渣2的成分是H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀；
（3）酸化的目的是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，則CrO₄^2-在酸性條件下與H⁺離子反應(yīng)生成Cr₂O₇^2-；
（4）操作Ⅰ是分離出硫酸鈉，操作Ⅱ獲得紅礬鈉，由圖2可知，硫酸鈉的溶解度受溫度影響比較大，應(yīng)采取降溫結(jié)晶、過(guò)濾；紅礬鈉溶解度受溫度影響變化不大，應(yīng)采取蒸發(fā)結(jié)晶、過(guò)濾；
（5）令生成紅礬鈉x噸，根據(jù)關(guān)系式 2Cr～Na₂Cr₂O₇?2H₂O進(jìn)行計(jì)算，注意各步的損失率、利用率．

解答：解：（1）FeCr₂O₄中鐵元素化合價(jià)是+2價(jià)，氧化物為FeO，鉻元素化合價(jià)+3價(jià)，氧化物為Cr₂O₃，F(xiàn)eCr₂O₄中鐵鐵原子與Cr原子物質(zhì)的量之比為1：2，所以FeCr₂O₄寫(xiě)成氧化物形式為FeO?Cr₂O₃，
“瓷質(zhì)”或“石英質(zhì)”儀器都含有二氧化硅，高溫下與碳酸鈉反應(yīng)，故選擇“鐵質(zhì)”儀器，
故答案為：FeO?Cr₂O₃ ；鐵質(zhì)；
（2）步驟①中有氧化鐵生成，氧化鋁、二氧化硅發(fā)生反應(yīng)生成可溶性鹽，氧化鎂不反應(yīng)，據(jù)此判斷步驟②中濾渣1的成分；
氧化鐵不溶于水，鉻鐵礦經(jīng)煅燒、水浸之后除去生成的氧化鐵及氧化鎂，副反應(yīng)中生成Na₂SiO₃、NaAlO₂等雜質(zhì)，將pH值調(diào)低，可生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀過(guò)濾除去；
步驟“③”調(diào)節(jié)pH值，生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀過(guò)濾除去，故“④”中濾渣2的成分是H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀，
故答案為：Fe₂O₃、MgO；調(diào)低；H₂SiO₃、Al（OH）₃；
（3）酸化的目的是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，則CrO₄^2-在酸性條件下與H⁺離子反應(yīng)生成Cr₂O₇^2-，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（4）操作Ⅰ是分離出硫酸鈉，操作Ⅱ獲得紅礬鈉，由圖2可知，硫酸鈉的溶解度受溫度影響比較大，應(yīng)采取降溫結(jié)晶、過(guò)濾；紅礬鈉溶解度受溫度影響變化不大，應(yīng)采取蒸發(fā)結(jié)晶、過(guò)濾，
故答案為：②；①；
（5）令生成紅礬鈉x噸，則：
      2Cr～～～～～Na₂Cr₂O₇?2H₂O
      104                  298
1噸×37%×（1-2%）×92%     x噸
所以：104：298=1噸×37%×（1-2%）×92%：x噸
解得x=0.88，
故答案為：0.88．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)工藝流程、物質(zhì)的分離提純、對(duì)操作的理解分析與評(píng)價(jià)、化學(xué)計(jì)算等，題目綜合性較大，側(cè)重對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，理解原理、掌握元素化合物性質(zhì)是關(guān)鍵．