Question

3．電鍍污泥中含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物質(zhì)，工業(yè)上通過下述流程回收Na₂Cr₂O₇等物質(zhì)．

已知：①Cr（OH）₃、ZnO和Al₂O₃一樣均為兩性化合物．
②Na₂Cr₂O₇、Na₂SO₄在不同溫度下的溶解度如下表

	20℃	60℃	100℃
Na2SO4	19.5	45.3	42.5
Na2Cr2O7[來源：]	183	269	415

（1）焙燒過程中生成Na₂CrO₄的化學(xué)方程式為4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂AlO₃+CO₂↑，ZnO++Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂ZnO₂+CO₂↑，水浸后溶液中除Na₂CrO₄、NaAlO₂外還存在的溶質(zhì)有Na₂ZnO₂，濾渣Ⅲ的主要成份為Na₂SO₄•10H₂O．
（2）繼續(xù)加入H₂SO₄后存在平衡：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O   不能說明反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)的是AD．
A．溶液的pH值保持不變          B．ν_正（Cr₂O₇^2-）=2ν_逆（CrO₄^2-）
C．CrO₄^2- 和Cr₂O₇^2-的濃度比值保持不變  D．溶液顏色保持不變
（3）若1L加入H₂SO₄后所得溶液中含鉻元素質(zhì)量為23.4g，CrO₄^2-有8/9轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-．
①轉(zhuǎn)化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=0.2mol•L^-1．
②已知：T℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2×10¹³，上述轉(zhuǎn)化后所得溶液的pH為6.4．（lg2=0.3    lg3=0.48   1g7=0.85）
（4）向Na₂Cr₂O₇與H₂SO₄混合液中加入H₂O₂，再加入乙醚并搖動(dòng)，乙醚層為藍(lán)色．乙醚中溶有CrO₅，則發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na₂Cr₂O₇+4H₂O₂+H₂SO₄═2CrO₅+Na₂SO₄+5H₂O．

Answer 1

分析 （1）以含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物質(zhì)的電鍍污泥為原料，烘干后加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應(yīng)4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂AlO₃+CO₂↑，ZnO+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂ZnO₂+CO₂↑，水浸后過濾得到濾渣CuO、NiO，濾液為Na₂CrO₄，NaAlO₂、Na₂ZnO₂等，調(diào)節(jié)溶液PH沉淀ZnO₂^2-離子和偏鋁酸根離子，過濾得到濾液Na₂CrO₄，濾渣Ⅱ的主要成分有Zn（OH）₂、Al（OH）₃，濾液Na₂CrO₄加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過提純得到重鉻酸鈉，據(jù)此分析；
（2）根據(jù)判斷平衡狀態(tài)的方法：V_正=V_逆，或各組分的濃度保持不變則說明已達(dá)平衡，
A．溶液的pH值保持不變，說明氫離子濃度不變，能判斷平衡；
B．ν_正（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{2}$ν_正（CrO₄^2-）=2ν_逆（CrO₄^2-），V_正≠V_逆不能判斷平衡；
C．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的濃度相同取決于起始濃度和轉(zhuǎn)化，不能判斷平衡；
D．溶液的顏色不變，為特征定，能判斷平衡；
（3）酸化時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，^-
根據(jù)守恒列關(guān)系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-，列式計(jì)算得n（Cr₂O₇^2-）和n（CrO₄^2-）_剩余；
進(jìn)而求出酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）
②根據(jù)反應(yīng) 2CrO₄^2-+2H⁺═?Cr₂O₇^2-+H₂O
及平衡常數(shù)K═2×10¹³，進(jìn)行計(jì)算；
（4）向Na₂Cr₂O₇與H₂SO₄混合液中加入H₂O₂生成CrO₅，Na₂SO₄和H₂O，據(jù)此書寫方程式．

解答 解：以含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物質(zhì)的電鍍污泥為原料，烘干后加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應(yīng)4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂AlO₃+CO₂↑，ZnO+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂ZnO₂+CO₂↑，水浸后過濾得到濾渣CuO、NiO，濾液為Na₂CrO₄，NaAlO₂、Na₂ZnO₂等，調(diào)節(jié)溶液PH沉淀ZnO₂^2-離子和偏鋁酸根離子，過濾得到濾液Na₂CrO₄，濾渣Ⅱ的主要成分有Zn（OH）₂、Al（OH）₃，濾液Na₂CrO₄加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過提純得到重鉻酸鈉，則濾渣Ⅲ的主要成份為Na₂SO₄•10H₂O，
（1）根據(jù)以上分析，焙燒過程中生成Na₂CrO₄的化學(xué)方程式為4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂AlO₃+CO₂↑，ZnO+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂ZnO₂+CO₂↑，水浸后溶液中除Na₂CrO₄、NaAlO₂外還存在的溶質(zhì)有Na₂ZnO₂，濾液Na₂CrO₄加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過提純得到重鉻酸鈉，則濾渣Ⅲ的主要成份為Na₂SO₄•10H₂O；
故答案為：4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂AlO₃+CO₂↑，ZnO+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂ZnO₂+CO₂↑；Na₂ZnO₂；Na₂SO₄•10H₂O；
（2）根據(jù)判斷平衡狀態(tài)的方法：V_正=V_逆，或各組分的濃度保持不變則說明已達(dá)平衡，
A．溶液的pH值保持不變，說明氫離子濃度不變，能判斷平衡，故A正確；
B．ν_正（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{2}$ν_正（CrO₄^2-）=2ν_逆（CrO₄^2-），V_正≠V_逆不能判斷平衡，故B錯(cuò)誤；
C．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的濃度相同取決于起始濃度和轉(zhuǎn)化，不能判斷平衡，故C錯(cuò)誤；
D．溶液的顏色不變，為特征定，能判斷平衡，故D正確；
故答案為：AD；
（2）酸化時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，若1L酸化后所得溶液中含鉻元素的質(zhì)量為23.4g，CrO₄^2-有$\frac{8}{9}$轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，說明鉻元素$\frac{8}{9}$轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-
根據(jù)守恒列關(guān)系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-
                  2            1
              $\frac{23.4×\frac{8}{9}}{52}$    n（Cr₂O₇^2-）
得n（Cr₂O₇^2-）=0.2mol；n（CrO₄^2-）_剩余=0.05mol；
則①酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=$\frac{n}{V}$=0.2mol•L^-1；故答案為：0.2mol•L^-1；
②設(shè)H⁺的物質(zhì)的量濃度為amol/L，
              2CrO₄^2-+2H⁺═?Cr₂O₇^2-+H₂O
平衡（mol/L） 0.05    a      0.2
平衡常數(shù)K=$\frac{0.2}{0.05{\;}^{2}×a{\;}^{2}}$═2×10^13_，
則a=4×10^-7mol，PH=7-2lg2=6.4，
故答案為：6.4；
（4）向Na₂Cr₂O₇與H₂SO₄混合液中加入H₂O₂生成CrO₅，Na₂SO₄和H₂O，則方程式為：Na₂Cr₂O₇+4H₂O₂+H₂SO₄═2CrO₅+Na₂SO₄+5H₂O，故答案為；Na₂Cr₂O₇+4H₂O₂+H₂SO₄═2CrO₅+Na₂SO₄+5H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的分離提純流程，主要考查了操作流程分析、平衡狀態(tài)的判斷、溶度積常數(shù)的計(jì)算、方程式的書寫等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生分析問題、解決問題能力和計(jì)算能力．