Question

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

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CrO${\;}_{2}^{-}$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(shí)溶液的pH如下：

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

（1）寫出流程中第2次使用H₂O₂時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O．
（2）“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(shí)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(shí)Al（OH）₃會(huì)溶解，引入雜質(zhì)離子AlO₂^-．
（3）流程圖中從Na₂CrO₄溶液至產(chǎn)品中間“□”內(nèi)的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶．
（4）CrO₄^2-在酸性條件下轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-．工業(yè)上常用Fe²⁺處理酸性K₂Cr₂O₇廢水，先將Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，該反應(yīng)的離子方程式為6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，再調(diào)節(jié)溶液的pH=9，使金屬離子生成沉淀而除去．

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(shí)，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?yàn)V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）“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）在酸性條件下，F(xiàn)e²⁺與Cr₂O₇^2-反應(yīng)生成Cr³⁺和Fe³⁺，再根據(jù)題中提供的陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH可知，調(diào)節(jié)pH使金屬離子生成沉淀而除去．

解答 解：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(shí)，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?yàn)V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⁺，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）“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：不能，當(dāng)pH=8時(shí)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(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，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（4）在酸性條件下，F(xiàn)e²⁺與Cr₂O₇^2-反應(yīng)生成Cr³⁺和Fe³⁺，反應(yīng)的離子方程式為6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，再根據(jù)題中提供的陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH可知，調(diào)節(jié)pH=9時(shí)，溶液中的金屬離子都生成沉淀而除去，
故答案為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；9．

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、獲取信息的能力，是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合考查，難度中等．