Question

6．工業(yè)上制取鉻酸鈉（Na₂CrO₄）晶體是以鉻鐵礦（主要成分是FeO•Cr₂O₃，含少量MgCO₃、Al₂O₃、SiO₂等）為原料，其工藝流程如下：

已知：①+3價(jià)Cr在酸性溶液中性質(zhì)穩(wěn)定，當(dāng)pH＞9時(shí)以CrO₂^-形式存在且易氧化；
②常溫下，部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH如下．

陽(yáng)離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cr3+
開(kāi)始沉淀時(shí)的pH	2.7	7.6	9.0	--	--
沉淀完全時(shí)的pH	3.7	9.6	11.0	8（＞8溶解）	9（＞9溶解）

（1）流程中第一次過(guò)濾后濾渣的主要成分是SiO₂（填化學(xué)式），兩次使用了H₂O₂進(jìn)行氧化，寫出第二次氧化時(shí)的反應(yīng)的離子方程式2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O．
（2）如果把“調(diào)pH=8”和“調(diào)pH＞11”中間的“過(guò)濾”步驟省略，引起的后果是pH＞11時(shí)Al（OH）₃會(huì)溶解，引入雜質(zhì)離子AlO₂^-，使產(chǎn)品不純．
（3）流程圖中“□”內(nèi)的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥．
（4）工業(yè)廢水中的Na₂CrO₄遇酸時(shí)可轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇，含Cr₂O₇^2-的廢水毒性較大，為了使廢水的排放達(dá)標(biāo)，進(jìn)行如下處理：

①綠礬化學(xué)式為FeSO₄•7H₂0，反應(yīng)（Ⅰ）的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
②若處理后的廢水中c（Cr³⁺）=3.0×10^-6mol•L^-1，則廢水中c（Fe³⁺）=2×10^-13mol•L^-1．
（K_sp[Fe（OH）₃]）=4.0×10^-38，K_sp[Cr（OH）₃]=6.0×10^-31）
（5）某工廠為了測(cè)定重鉻酸鈉樣品的純度，稱取重鉻酸鈉試樣2.500g配成250mL溶液，取出25.00mL于碘量瓶中，加入10mL 2mol•L^-1H₂SO₄和足量碘化鈉（鉻的還原產(chǎn)物為Cr³⁺），放于暗處5min，然后加入100mL水，再加入淀粉溶液作指示劑，用0.1200mol•L^-1Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）．
①判斷達(dá)到滴定終點(diǎn)的依據(jù)是當(dāng)?shù)渭幼詈笠坏瘟虼�硫酸鈉溶液時(shí)，溶液藍(lán)色褪去，半分鐘內(nèi)不變色；
②若實(shí)驗(yàn)中共用去Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液40.00ml，則該工廠的重鉻酸鈉樣品的純度為（設(shè)整個(gè)過(guò)程中其它雜質(zhì)不參與反應(yīng)）83.84%．

Answer 1

分析 鉻鐵礦用稀硫酸酸浸，F(xiàn)eO、Cr₂O₃、MgCO₃、Al₂O₃與硫酸反應(yīng)加入溶液，而SiO₂不反應(yīng)，過(guò)濾除去SiO₂．用H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再調(diào)節(jié)pH=8時(shí)，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺完全沉淀，過(guò)濾得到濾渣為Al（OH）₃和Fe（OH）₃，再調(diào)節(jié)pH＞11，Mg²⁺完全沉淀被除去且Cr元素以CrO₂^-的形式存在，過(guò)濾后，向?yàn)V液中再加入過(guò)氧化氫，將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-，最后采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶的方法得到Na₂CrO₄晶體．
（1）流程中第一次過(guò)濾后濾渣的主要成分是SiO₂，第一次加入H₂O₂是為了將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，第二次加入H₂O₂是為了將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-；
（2）“調(diào)pH=8”時(shí)沉淀成分是Al（OH）₃和Fe（OH）₃，如果不把前者除去，當(dāng)繼續(xù)加入NaOH至pH=11時(shí)，Al（OH）₃會(huì)溶解，引入雜質(zhì)離子AlO₂^-；
（3）Na₂CrO₄溶液得到Na₂CrO₄晶體，可以采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶的方法；
（4）①反應(yīng)（I）Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，亞鐵離子被氧化為鐵離子，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的元素化合價(jià)變化結(jié)合電子守恒、電荷守恒、原子守恒書(shū)寫離子方程式；
②根據(jù)$\frac{C（F{e}^{3+}）}{C（C{r}^{3+}）}$=$\frac{{k}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{{K}_{sp}[Cr（OH）_{3}]}$，計(jì)算廢水中c（Fe³⁺）；
（5）①溶液中有碘，加入淀粉溶液呈藍(lán)色；
②根據(jù)反應(yīng)的關(guān)系式計(jì)算．

解答 解：（1）鉻鐵礦用稀硫酸酸浸，F(xiàn)eO、Cr₂O₃、MgCO₃、Al₂O₃與硫酸反應(yīng)加入溶液，而SiO₂不反應(yīng)，過(guò)濾除去SiO₂，第一次加入H₂O₂是為了將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，反應(yīng)離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；第二次加入H₂O₂是為了將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-，反應(yīng)離子方程式為：2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O，
故答案為：SiO₂；2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O；
（2）“調(diào)pH=8”時(shí)沉淀成分是Al（OH）₃和Fe（OH）₃，如果不把前者除去，當(dāng)繼續(xù)加入NaOH至pH=11時(shí)，Al（OH）₃會(huì)溶解，引入雜質(zhì)離子AlO₂^-，
故答案為：pH＞11時(shí)Al（OH）₃會(huì)溶解，引入雜質(zhì)離子AlO₂^-，使產(chǎn)品不純；
（3）Na₂CrO₄溶液得到Na₂CrO₄晶體，可以采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶的方法，涉及到的操作有蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥；
（4）①反應(yīng)（I）Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，亞鐵離子被氧化為鐵離子，電子轉(zhuǎn)移：Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺～6e^-；6Fe²⁺～6Fe³⁺～6e^-，所以配平氧化還原反應(yīng)的電子守恒，結(jié)合電荷守恒和原子守恒得到離子方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
②由K_sp Fe（OH）₃=4.0×10^-38，K_spCr（OH）₃=6.0×10^-31，已知電解后的溶液中c（Cr³⁺）為3×10^-6mol•L^-1，由$\frac{C（F{e}^{3+}）}{C（C{r}^{3+}）}$=$\frac{{k}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{{K}_{sp}[Cr（OH）_{3}]}$，則溶液中c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{6.0×1{0}^{-31}}$×3×10^-6mol/L=2×10^-13mol/L，
故答案為：2×10^-13；
（5）①溶液中有碘，加入淀粉溶液呈藍(lán)色，碘與亞硫酸鈉發(fā)生氧化還原反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)，藍(lán)色褪去，
故答案為：當(dāng)?shù)渭幼詈笠坏瘟虼�硫酸鈉溶液時(shí)，溶液藍(lán)色褪去，半分鐘內(nèi)不變色；
②根據(jù)反應(yīng)的關(guān)系式計(jì)算：
Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-
1mol         6mol
n      0.1200mol•L^-1×0.04L
n=0.0008mol，則2.5000g重鉻酸鈉試樣中含有的重鉻酸鈉的質(zhì)量為10×0.0008mol×262g/moL=2.096g，
所得產(chǎn)品的中重鉻酸鈉的純度=$\frac{2.096}{2.500}$×100%=83.84%，
故答案為：83.84%．

點(diǎn)評(píng) 本題屬于工藝流程制備題目，考查制備原理、實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)、物質(zhì)分離提純、計(jì)算能力、獲取信息的能力，是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合考查，注意（5）從氧化還原反應(yīng)的角度分析，題目難度中等．