Question

20．為減少鉻渣的危害并從中提取硫酸鈉，設(shè)計(jì)工藝如圖1：

已知：①鉻渣含有Na₂SO₄及少量Cr₂O₇^2-、Fe³⁺
②Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5mol•L^-1）時(shí)pH分別為3.6和5．
（1）“微熱”的作用：①提高反應(yīng)速率；②促進(jìn)Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去．
（2）根據(jù)溶解度（S）～溫度（T）曲線，操作B的最佳方法為a（填字母）
a．蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾                b．蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過(guò)濾
（3）酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-還原成Cr³⁺，離子方程式為3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；酸C為H₂SO₄，Cr（OH）₃的溶度積常數(shù)K_sp[Cr（OH）₃]=1.0×10^-32mol⁴•L^-4．
（4）已知Cr（OH）₃在溶液中存在平衡H⁺+CrO₂^-（亮綠色）+H₂O?Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（紫色）+3OH^-，加入NaOH溶液時(shí)要控制pH為5，pH不能過(guò)高的理由是加入NaOH使上述平衡逆移，使Cr（OH）₃+OH^-=CrO₂^-+2H₂O．
（5）根據(jù)2CrO₄^2-+2H^+?Cr₂O₇^2-+H₂O設(shè)計(jì)如圖2裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，圖3中左側(cè)電極連接電源的負(fù)極，電解制備過(guò)程的總反應(yīng)方程式為4Na₂CrO₄+4H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Na₂Cr₂O₇+4NaOH+2H₂↑+O₂↑．測(cè)定陽(yáng)極液中Na和Cr的含量，若Na與Cr的物質(zhì)的量之比為d，則此時(shí)Na₂CrO₄的轉(zhuǎn)化率為（2-d）×100%．若選擇用熔融K₂CO₃作介質(zhì)的甲醇（CH₃OH）燃料電池充當(dāng)電源，則負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 鉻渣含有Na₂SO₄及少量Cr₂O₇^2-、Fe³⁺，加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH約3.6并加熱，可生成Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾得到A為Fe（OH）₃，由于Na₂Cr₂O₇溶解度在溫度較高時(shí)較大，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾得到硫酸鈉，母液中含有Na₂Cr₂O₇，加入亞硫酸鈉，發(fā)生氧化還原反應(yīng)可得到Cr³⁺，調(diào)節(jié)溶液pH為5，可生成沉淀D，即Cr（OH）₃，以此解答該題．

解答 解：鉻渣含有Na₂SO₄及少量Cr₂O₇^2-、Fe³⁺，加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH約3.6并加熱，可生成Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾得到A為Fe（OH）₃，由于Na₂Cr₂O₇溶解度在溫度較高時(shí)較大，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾得到硫酸鈉，母液中含有Na₂Cr₂O₇，加入亞硫酸鈉，發(fā)生氧化還原反應(yīng)可得到Cr³⁺，調(diào)節(jié)溶液pH為5，可生成沉淀D，即Cr（OH）₃，
（1）加熱可以提高反應(yīng)速率，且有利于Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去，
故答案為：提高反應(yīng)速率；促進(jìn)Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃而除去；
（2）由于Na₂Cr₂O₇溶解度在溫度較高時(shí)較大，濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾得到硫酸鈉，故答案為：a；
（3）酸化后的Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-還原成Cr³⁺，離子方程式為3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O，Na₂Cr₂O₇具有強(qiáng)氧化性，酸化時(shí)，一般用稀硫酸，Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5 mol•L^-1）時(shí)pH5，則c（OH^-）=1.0×10^-9 mol•L^-1，Ksp[Cr（OH）₃]=c³（OH^-）×c（Cr³⁺）=1.0×10^-32 mol⁴•L^-4，
故答案為：3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；H₂SO₄； 1.0×10^-32 mol⁴•L^-4；
（4）如果氫氧化鈉過(guò)量，氫離子濃度減少平衡H⁺+CrO₂^-（亮綠色）+H₂O?Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（紫色）+3OH^-，平衡逆向移動(dòng)，Cr（OH）₃會(huì)溶解，
故答案為：加入NaOH使上述平衡逆移，使Cr（OH）₃+OH^-=CrO₂^-+2H₂O；
（5）根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，應(yīng)在酸性條件下進(jìn)行，即右側(cè)電極生成H⁺，則消耗OH^-，發(fā)生氧化反應(yīng)，右側(cè)為陽(yáng)極，則左側(cè)為陰極，連接電源的負(fù)極，電解制備過(guò)程的總反應(yīng)方程式為 4Na₂CrO₄+4H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2Na₂Cr₂O₇+4NaOH+2H₂↑+O₂↑，設(shè)加入反應(yīng)容器內(nèi)的K₂CrO₄為1mol，反應(yīng)過(guò)程中有xmol K₂CrO₄轉(zhuǎn)化為K₂Cr₂O₇，則陽(yáng)極區(qū)剩余K₂CrO₄為（1-x）mol，對(duì)應(yīng)的n（K）=2（1-x）mol，n（Cr）=（1-x）mol，生成的K₂Cr₂O₇為$\frac{x}{2}$mol，對(duì)應(yīng)的n（K）=xmol，n（Cr）=xmol，根據(jù)：K與Cr的物質(zhì)的量之比為d，解得x=2-d，轉(zhuǎn)化率為$\frac{2-d}{1}$×100%=（2-d）×100%，
若選擇用熔融K₂CO₃作介質(zhì)的甲醇（CH₃OH）燃料電池充當(dāng)電源，則負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O，
故答案為：負(fù)； 4Na₂CrO₄+4H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2Na₂Cr₂O₇+4NaOH+2H₂↑+O₂↑；（2-d）×100%；CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離、提純的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，為高考常見(jiàn)題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�題目以實(shí)驗(yàn)形式考查電解原理及難溶電解質(zhì)的溶解平衡和沉淀轉(zhuǎn)化，注意信息與所學(xué)知識(shí)的結(jié)合來(lái)解答，并注意氧化還原反應(yīng)及圖表數(shù)據(jù)的應(yīng)用，題目難度中等．