Question

7．以鉻鐵礦（主要成分是FeO•Cr₂O₃，含少量MgCO₃、Al₂O₃、SiO₂等）為原料制取鉻酸鈉（Na₂CrO₄）晶體的工藝流程如下：

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

陽離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cr3+
開始沉淀時的pH	2.7	7.6	9.0	--	--
沉淀完全時的pH	3.7	9.6	11.0	8	9（＞9溶解）

（1）流程中兩次使用了H₂O₂，分別寫出反應(yīng)的離子方程式：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O、2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O．
（2）流程圖中“□”內(nèi)的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶．
（3）加入NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH=8時，被除去的離子是Fe³⁺、Al³⁺；調(diào)節(jié)溶液的pH＞11時，被除去的離子是Mg²⁺．
（4）“調(diào)pH=8”和“調(diào)pH＞11”中間的“過濾”步驟能否省略，為什么？不能，當(dāng)pH=8時Al³⁺已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，若不經(jīng)過濾除去，當(dāng)繼續(xù)加入NaOH時Al（OH）₃會溶解，引入雜質(zhì)離子AlO₂^-．

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)，過濾除去SiO₂．用H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再調(diào)節(jié)pH=8時，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺完全沉淀，過濾得到濾渣為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，過濾后，向濾液中再加入過氧化氫，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）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）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；
（3）當(dāng)pH=8時Fe³⁺、Al³⁺已完全沉淀，pH＞11時，Mg²⁺完全被除去且Cr元素以CrO₂^-的形式存在；
（4）“調(diào)pH=8”時沉淀成分是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，Al（OH）₃會溶解，引入雜質(zhì)離子AlO₂^-；

解答 解：（1）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：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O；
（2）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，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（3）由陽離子轉(zhuǎn)化為氫氧化物完全沉淀的pH數(shù)據(jù)，可知當(dāng)pH=8時Fe³⁺、Al³⁺已完全沉淀，pH＞11時，Mg²⁺完全被除去且Cr以CrO₂^-的形式存在，
故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；Mg²⁺；
（4）“調(diào)pH=8”時沉淀成分是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，Al（OH）₃會溶解，引入雜質(zhì)離子AlO₂^-，
故答案為：不能，當(dāng)pH=8時Al³⁺已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，若不經(jīng)過濾除去，當(dāng)繼續(xù)加入NaOH時Al（OH）₃會溶解，引入雜質(zhì)離子AlO₂^-．

點評 本題屬于工藝流程制備題目，考查制備原理、實驗方案評價、物質(zhì)分離提純、獲取信息的能力，是對基礎(chǔ)知識的綜合考查，難度中等．