Question

10．重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）是一種重要的化工原料，具有強(qiáng)氧化性，工業(yè)上用鉻鐵礦（主要成分：FeO•Cr₂O₃，還含有少量的SiO₂、Al₂O₃）通過(guò)以下流程（圖1）來(lái)制取重鉻酸鈉晶體（Na₂Cr₂O₇）．回答下列問(wèn)題．

（1）試劑X與硫酸均是調(diào)節(jié)溶液pH的，為何不用硫酸直接將溶液pH調(diào)整至酸化塔中溶液的pH？溶液中偏鋁酸鈉會(huì)變成鋁離子，無(wú)法除去鋁元素．寫出兩種能提高鉻元素浸出率的措施：加熱、攪拌、將鉻鐵礦粉碎等．
（2）氧化階段發(fā)生多個(gè)反應(yīng)，如SiO₂，Al₂O₃分別與Na₂CO₃反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可溶性的鈉鹽，F(xiàn)eO•Cr₂O₃，則轉(zhuǎn)化為Fe₂O₃，Na₂CrO₄，寫出FeO•Cr₂O₃與Na₂CO₃反應(yīng)的方程式4FeO•Cr₂O₃+7O₂+8Na₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂↑．
（3）酸化時(shí)主要反應(yīng)的離子方程式為2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O．
（4）有關(guān)物質(zhì)的溶解度與溫度之間的關(guān)系如圖2所示，則操作Ⅰ的內(nèi)容是蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾，晶體a的化學(xué)式是Na₂SO₄；進(jìn)行操作Ⅱ的過(guò)程中實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度最好控制在50～80℃，溶液b送入到酸化塔的目的是使鉻元素充分利用．
（5）假設(shè)鉻鐵礦中鉻元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%，若10t的鉻鐵礦經(jīng)過(guò)上述處理后可得到Na₂Cr₂O₇（式量為262）的質(zhì)量為0.2a t，則轉(zhuǎn)化過(guò)程中鉻元素的利用率為79.4%．（精確到0.1）

Answer 1

分析 鉻鐵礦（主要成分：FeO•Cr₂O₃，還含有少量的SiO₂、Al₂O₃），加入純堿、空氣氧化，SiO₂，Al₂O₃分別與Na₂CO₃反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可溶性的Na₂SiO₃和NaAlO₂，以及二氧化碳?xì)怏w，F(xiàn)eO•Cr₂O₃，則轉(zhuǎn)化為Fe₂O₃、Na₂CrO₄，加入氫氧化鈉溶液堿浸得渣料Ⅰ為Fe₂O₃，調(diào)節(jié)溶液的pH值7～8，使NaAlO₂產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀，Na₂SiO₃產(chǎn)生H₂SiO₃沉淀，所以渣料Ⅱ?yàn)锳l（OH）₃、H₂SiO₃，在溶液中加入硫酸酸化，得Na₂CrO₄、Na₂SO₄混合溶液，根據(jù)溶解度曲線圖可知，將溶液蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾得到晶體a為硫酸鈉晶體，然后將得到的濾液冷卻結(jié)晶過(guò)濾得到Na₂Cr₂O₇•2H₂O，溶液中含有Na₂Cr₂O₇，再回到酸化塔中，進(jìn)行循環(huán)利用，以此解答該題．

解答 解：鉻鐵礦（主要成分：FeO•Cr₂O₃，還含有少量的SiO₂、Al₂O₃），加入純堿、空氣氧化，SiO₂，Al₂O₃分別與Na₂CO₃反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可溶性的Na₂SiO₃和NaAlO₂，以及二氧化碳?xì)怏w，F(xiàn)eO•Cr₂O₃，則轉(zhuǎn)化為Fe₂O₃、Na₂CrO₄，加入氫氧化鈉溶液堿浸得渣料Ⅰ為Fe₂O₃，調(diào)節(jié)溶液的pH值7～8，使NaAlO₂產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀，Na₂SiO₃產(chǎn)生H₂SiO₃沉淀，所以渣料Ⅱ?yàn)锳l（OH）₃、H₂SiO₃，在溶液中加入硫酸酸化，得Na₂CrO₄、Na₂SO₄混合溶液，根據(jù)溶解度曲線圖可知，將溶液蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾得到晶體a為硫酸鈉晶體，然后將得到的濾液冷卻結(jié)晶過(guò)濾得到Na₂Cr₂O₇•2H₂O，溶液中含有Na₂Cr₂O₇，再回到酸化塔中，進(jìn)行循環(huán)利用，
（1）試劑X與硫酸均是調(diào)節(jié)溶液pH的，如果用硫酸直接將溶液pH調(diào)整至酸化塔中溶液的pH，則溶液中偏鋁酸鈉會(huì)變成鋁離子，無(wú)法除去鋁元素，提高鉻元素浸出率的措施是加熱、攪拌、將鉻鐵礦粉碎等，
故答案為：溶液中偏鋁酸鈉會(huì)變成鋁離子，無(wú)法除去鋁元素；加熱、攪拌、將鉻鐵礦粉碎等；
（2）FeO•Cr₂O₃與Na₂CO₃反應(yīng)被空氣中的氧氣氧化，生成Fe₂O₃、Na₂CrO₄，反應(yīng)的方程式為4FeO•Cr₂O₃+7O₂+8Na₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂↑，
故答案為：4FeO•Cr₂O₃+7O₂+8Na₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂↑；
（3）酸化時(shí)主要反應(yīng)的離子方程式為2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇ ^2-+H₂O，
故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇ ^2-+H₂O；
（4）根據(jù)上面的分析可知，操作Ⅰ的內(nèi)容是 蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾，晶體a的化學(xué)式是 Na₂SO₄，進(jìn)行操作Ⅱ?yàn)槔鋮s結(jié)晶過(guò)濾，過(guò)程中實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度最好控制在 50～80℃，溶液b中含有Na₂Cr₂O₇，再回到酸化塔中，使鉻元素充分利用，
故答案為：蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾；Na₂SO₄；50～80；使鉻元素充分利用；
（5）鉻鐵礦中鉻元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%，10t的鉻鐵礦經(jīng)過(guò)上述處理后可得到Na₂Cr₂O₇的質(zhì)量為0.2at，則轉(zhuǎn)化過(guò)程中鉻元素的利用率為$\frac{\frac{0.2at}{262}×2×52}{10t×a%}$×100%=79.4%，
故答案為：79.4%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備的流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)操作的分析應(yīng)用，把握晶體析出的原理和溶解度變化特征的分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒎治鰡?wèn)題、解決問(wèn)題的能力．