Question

重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇）廣泛用作氧化劑、鞣革劑等．以鉻礦石（主要成分為Cr₂O₃，還含 有FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為原料制取重鉻酸鈉的流程如下：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）Cr₂O₃在高溫焙燒時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（2）生產(chǎn)過(guò)程中，調(diào)節(jié)（含Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaAlO₂的溶液）pH的目的是

 

．
（3）某化工廠采用石墨作電極電解Na₂CrO₄溶液，實(shí)現(xiàn)了Na₂CrO₄轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇的生產(chǎn)，其原理如圖所示．
①寫(xiě)出陽(yáng)極的電極方程式：

 

；
②此生產(chǎn)方法和上述流程相比的優(yōu)點(diǎn)主要有

 

．
（4）Na₂Cr₂O₇可用于測(cè)定廢水的化學(xué)耗氧量（即COD，指每升水樣中還原性物質(zhì)被氧化所需要的O₂的質(zhì)量）．現(xiàn)有某水樣100.00mL，酸化后加入c₁mol/L的Na₂Cr₂O₇溶液V₁mL，使水中的還原性物質(zhì)完全被氧化（還原產(chǎn)物為Cr³⁺）；再用c₂mol/L的FeSO₄溶液滴定剩余的Cr₂O₇^2-，結(jié)果消耗FeSO₄溶液V₂mL．則該水樣的COD為

 

mg/L．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,電解原理,探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：以鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為原料，加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應(yīng)生成鉻酸鈉，二氧化碳，水浸后過(guò)濾得到濾渣FeO，濾液為Na₂CrO₄，Na₂SiO₃，NaAlO₂；調(diào)節(jié)溶液PH沉淀硅酸跟離子和偏鋁酸根離子，過(guò)濾得到濾液Na₂CrO₄，加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過(guò)提純得到重鉻酸鈉；
（1）鉻礦石中加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應(yīng)生成鉻酸鈉，二氧化碳，依據(jù)原子守恒和電子守恒配平寫(xiě)出化學(xué)方程式；
（2）SiO₃^2-、AlO₂^-易與酸反應(yīng)生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀；
（3）①石墨電極電解Na₂CrO₄溶液，實(shí)現(xiàn)了Na₂CrO₄到Na₂Cr₂O₇的轉(zhuǎn)化，電解池中陽(yáng)極是溶液中氫氧根離子失電子生成氧氣，陰極是CrO₄^2-得到電子生成Cr₂O₇^2-；
②電解法實(shí)現(xiàn)Na₂CrO₄轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇的生產(chǎn)，不引入其他雜質(zhì)，產(chǎn)物更純凈，同時(shí)可得到副產(chǎn)品氫氣和氫氧化鈉；
（4）根據(jù)題意廢水與K₂Cr₂O₇溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，再用Fe²⁺把多余的Cr₂O₇^2-反應(yīng)：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，則與廢水反應(yīng)反應(yīng)的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量=加入的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量-與Fe²⁺反應(yīng)的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量，利用2K₂Cr₂O₇～3O₂可求出廢水中化學(xué)耗氧量即COD；

解答： 解：（1）由圖示可知Cr₂O₃在高溫焙燒時(shí)生成Na₂CrO₄，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂

高溫  .

4Na₂CrO₄+4CO₂，
故答案為：2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂

高溫  .

4Na₂CrO₄+4CO₂；
（2）氧化鐵不溶于水，鉻鐵礦經(jīng)煅燒、水浸之后除去生成的氧化鐵，副反應(yīng)中生成Na₂SiO₃、NaAlO₂等雜質(zhì)，調(diào)節(jié)pH，可生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀過(guò)濾除去，
故答案為：使SiO₃^2-、AlO₂^-生成H₂SiO₃ 和Al（OH）₃沉淀；
（3）①石墨電極電解Na₂CrO₄溶液，實(shí)現(xiàn)了Na₂CrO₄到Na₂Cr₂O₇的轉(zhuǎn)化，電解池中陽(yáng)極是溶液中氫氧根離子失電子生成氧氣，陰極是CrO₄^2-得到電子生成Cr₂O₇^2-，陽(yáng)極電極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
②電解法實(shí)現(xiàn)Na₂CrO₄轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇的生產(chǎn)，上述流程相比，不引入其他雜質(zhì)，產(chǎn)物更純凈，同時(shí)可得到副產(chǎn)品氫氣和氫氧化鈉，
故答案為：不引入其他離子（或物質(zhì)），同時(shí)副產(chǎn)氫氣和NaOH等；
（4）樣品100.00mL，酸化后加入c₁mol/L的Na₂Cr₂O₇溶液 V₁mL，使水中的還原性物質(zhì)完全被氧化（Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺）；再用4mol/L的FeSO₄溶液滴定剩余的Cr₂O₇^2-，結(jié)果消耗FeSO₄溶液V₂mL，廢水與K₂Cr₂O₇溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，再用Fe²⁺把多余的Cr₂O₇^2-反應(yīng)：
    Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
     1        6
     n       C₂mol/L×V₂×10^-3L
n=

C2V2

6

×10^-3mol，
則100ml廢水中，與廢水反應(yīng)反應(yīng)的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量=加入的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量-與Fe²⁺反應(yīng)的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量=c₁mol/L×V₁×10^-3L-

C2V2

6

×10^-3mol，
1L廢水水樣中被還原的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量=（c₁V₁-

C2V2

6

）×10^-2mol，
利用2K₂Cr₂O₇～3O₂可求出廢水中化學(xué)耗氧量即COD，
                    2K₂Cr₂O₇～3O₂
                   2         3×32
     （c₁V₁-

C2V2

6

）×10^-2mol    m
m=（48c₁V₁-8c₂V₂）×10^-2g=（480c₁V₁-80c₂V₂）mg，該水樣的COD為（480c₁V₁-80c₂V₂）mg/L，
故答案為：480 c₁V₁-80 c₂V₂．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析，滴定實(shí)驗(yàn)的計(jì)算，沉淀溶解平衡的溶度積常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，電解池中原理分析，題目難度較大，注意把握滴定原理以及實(shí)驗(yàn)的過(guò)程分析，掌握基礎(chǔ)和題干信息是關(guān)鍵．