Question

11．化工原料紅礬鈉（重鉻酸鈉：Na₂Cr₂O₇•2H₂O）主要是以鉻鐵礦（主要成份為 FeO•Cr₂O₃，還含有A1₂O₃、SiO₂ 等雜質）為主要原料生產，其主要工藝流程如下（如圖1）：

步驟①中主要反應的化學方程式為：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂
（1）雜質 A1₂O₃、SiO₂在①中轉化后經加水過濾進入濾液，寫出A1₂O₃在①中轉化的化學反應方程式Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑．
（2）用化學平衡移動原理說明③中煮沸的作用是水解吸熱，煮沸促進水解平衡AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-、SiO₃^2-+2H₂O?H₂SiO₃+2OH^-向右移動，生成氫氧化鋁、硅酸沉淀；H⁺將水解生成的氫氧化鋁沉淀溶解，雜質Al³⁺與Na₂CrO₄難以分離（用離子方程式結合文字說明）
（3）⑤中酸化是使 CrO₄^2一轉化為 Cr₂O₇^2一，若1L酸化后所得溶液中含鉻元素的質量為 28.6g，CrO₄^2-有$\frac{10}{11}$轉化為 Cr₂O₇^2-．
①酸化后所得溶液中 c（Cr₂O₇^2- ）=0.25mol•L^-1
②工業(yè)上也可設計圖2示裝置（兩極均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取 Na₂Cr₂O₇，圖2中右側電極的電極反應式為2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺或4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．若電解前兩側溶液的質量相等，則當電解過程中轉移了1mol 電子時兩側溶液的質量差為53g．

Answer 1

分析 鉻鐵礦（主要成分為FeO•Cr₂O₃，還含有Al₂O₃、SiO₂等雜質）加入碳酸鈉煅燒，可生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、NaAlO₂、Na₂SiO₃等，加入水浸取，得到濾渣1為Fe₂O₃，過濾后將濾液稀釋、煮沸、調節(jié)pH7～8得到濾渣2為Al（OH）₃、H₂SiO₃，過濾后將濾液酸化，發(fā)生了反應2Na₂CrO₄+H₂SO₄?Na₂SO₄+Na₂Cr₂O₇+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，蒸發(fā)結晶得到硫酸鈉，冷卻結晶得到Na₂Cr₂O₇•2H₂O，
（1）雜質Al₂O₃在①中轉化生成NaAlO₂；
（2）濾液中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃等，都為強堿弱酸鹽，加熱煮沸，促進水解，若調節(jié)pH過低，H⁺將水解生成的氫氧化鋁沉淀溶解，雜質Al³⁺與Na₂CrO₄難以分離；
（3）①酸化時發(fā)生的反應為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，根據守恒列關系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-，列式計算得n（Cr₂O₇^2-）和n（CrO₄^2-）剩余，進而求出酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）；
②根據2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設計圖示裝置（均為惰性電極），右側電極電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，說明在該電極是陽極，連接電源的正極，電極反應式為2H₂O-4e^-=O₂+4H，陰極電極反應2H⁺+2e^-=H₂↑，據此計算．

解答 解：鉻鐵礦（主要成分為FeO•Cr₂O₃，還含有Al₂O₃、SiO₂等雜質）加入碳酸鈉煅燒，可生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、NaAlO₂、Na₂SiO₃等，加入水浸取，得到濾渣1為Fe₂O₃，過濾后將濾液稀釋、煮沸、調節(jié)pH7～8得到濾渣2為Al（OH）₃、H₂SiO₃，過濾后將濾液酸化，發(fā)生了反應2Na₂CrO₄+H₂SO₄?Na₂SO₄+Na₂Cr₂O₇+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，蒸發(fā)結晶得到硫酸鈉，冷卻結晶得到Na₂Cr₂O₇•2H₂O，
（1）雜質Al₂O₃在①中轉化的化學反應方程式為Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，
故答案為：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；
（2）濾液中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃等，都為強堿弱酸鹽，加熱煮沸，促進水解平衡AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-、SiO₃^2-+2H₂O?H₂SiO₃+2OH^-向右移動，生成氫氧化鋁、硅酸沉淀，若調節(jié)pH過低，H⁺將水解生成的氫氧化鋁沉淀溶解，雜質Al³⁺與Na₂CrO₄難以分離，
故答案為：水解吸熱，煮沸促進水解平衡AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-、SiO₃^2-+2H₂O?H₂SiO₃+2OH^-向右移動，生成氫氧化鋁、硅酸沉淀； H⁺將水解生成的氫氧化鋁沉淀溶解，雜質Al³⁺與Na₂CrO₄難以分離；
（3）①酸化時發(fā)生的反應為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，若1L酸化后所得溶液中含鉻元素的質量為28.6g，CrO₄^2-有$\frac{10}{11}$轉化為Cr₂O₇^2-，說明鉻元素有$\frac{10}{11}$轉化為Cr₂O₇^2-
根據守恒列關系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-
                  2            1
                  $\frac{28.6g×\frac{10}{11}}{52g/mol}$   n（Cr₂O₇^2-）
得n（Cr₂O₇^2-）=0.25mol，
①酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=$\frac{n}{V}$=0.25mol•L^-1，
故答案為：0.25mol•L^-1；
②根據2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設計圖示裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通過電解生成H⁺提高溶液的酸性，說明在該電極是陽極，連接電源的正極，電極反應式為2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺，通電完成后，若轉移0.1mol電子，陽極電極反應：2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺或4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，陰極電極反應2H⁺+2e^-=H₂↑，2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，設原來溶液質量相同為m，依據溶液中電荷守恒，則陰極區(qū)和陽極區(qū)的質量差=m-0.5mol×2g/mol+1mol×23g/mol-（m-0.25mol×32g/mol-1mol×23g/mol）
=53g，
故答案為：2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺或4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；53．

點評 本題考查了物質制備流程和方案的分析判斷，物質性質的應用，為高頻考點，側重于學生的分析能力、實驗能力的考查，注意把握題干信息的分析理解，操作步驟的注意問題和基本操作方法是解題關鍵，題目難度中等．