Question

【題目】工業(yè)上常以鉻鐵礦(主要成分為亞鉻酸亞鐵FeCr2O4，還有Al2O3、SiO2等雜質(zhì))為主要原料生產(chǎn)紅礬鈉(Na2Cr2O7)，某實(shí)驗(yàn)小組模擬其流程如下圖所示：

(1)步驟①中，焙燒時(shí)所用的儀器材質(zhì)應(yīng)選用_________(填“瓷質(zhì)”、“鐵質(zhì)”或“石英質(zhì)”)，選用該材質(zhì)的原因是(結(jié)合化學(xué)方程式解釋)： _____________________________________________。

(2)配平步驟①中主要反應(yīng)：

____FeCr2O4＋___O2＋___Na2CO3___Fe2O3＋___Na2CrO4＋___CO2 _____________

(3)操作④中，酸化時(shí)，CrO42－ (黃色)轉(zhuǎn)化為Cr2O72－(橙色)，寫出平衡轉(zhuǎn)化的離子方程式：____________________________________________________________。用紅礬鈉溶液進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)過程中，①中溶液橙色加深，③中溶液變黃，對比②和④可得出結(jié)論：___________________。

(4)步驟③用硫酸將溶液的pH調(diào)至中性，所得濾渣的主要成分是__________、____________；

(5)下圖是Na2Cr2O7·2H2O和Na2SO4的溶解度曲線，步驟④中獲得固態(tài)副產(chǎn)品Na2SO4的實(shí)驗(yàn)操作方法為____________、___________。

(6)某工廠采用電解法處理含鉻廢水，耐酸電解槽用鐵板作陰陽極，槽中盛放含鉻廢水，原理示意圖如上，若不考慮氣體的溶解，當(dāng)收集到H213.44L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí)有 ____________mol Cr2O72-被還原，一段時(shí)間后產(chǎn)生Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀。若電解后溶液中c(Cr3+)=3.0×10－5mol·L－1，則c(Fe3+)=_________。(已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10－38mol·L－1，Ksp[Cr(OH)3]=6.0×10－31mol·L－1)

Answer 1

【答案】鐵質(zhì) Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ 4 7 8 2 8 8 2CrO42－+2H+Cr2O72－+H2O 紅礬鈉酸性溶液 氧化性強(qiáng) H2SiO3(H4SiO4或SiO2·H2O) Al(OH)3 加熱濃縮 趁熱過濾 0.1 mol 2.0×10－12mol·L－1

【解析】

（1）焙燒時(shí)，加入純堿，Na2CO3在高溫下與SiO2發(fā)生反應(yīng)，瓷質(zhì)、石英成分是SiO2，因此焙燒時(shí)應(yīng)選用鐵質(zhì)，SiO2與Na2CO3反應(yīng)的方程式為Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2；

（2）FeCr2O4中Fe顯＋2價(jià)，Cr顯＋3價(jià)，根據(jù)反應(yīng)方程式為，Fe元素的化合價(jià)由＋2價(jià)→＋3價(jià)，升高1價(jià)，Cr元素的化合價(jià)由＋3價(jià)→＋6價(jià)，Cr整體升高6價(jià)，FeCr2O4整體升高7價(jià)，O2中O的化合價(jià)降低，整體降低4價(jià)，最小公倍數(shù)為28，根據(jù)原子守恒配平其他，反應(yīng)方程式為4FeCr2O4＋7O2＋8Na2CO3=2Fe2O3＋8Na2CrO4＋8CO2；

（3）CrO42－溶液中存在：2CrO42－＋2H＋Cr2O72－＋H2O，酸化，加入H＋，c(H＋)增大，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，溶液顏色由黃色轉(zhuǎn)化為橙色；①：加入硫酸，促使平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，①中滴加C2H5OH，溶液變成綠色，Cr元素以Cr3＋形式存在，發(fā)生氧化還原反應(yīng)；紅釩鈉溶液中加入NaOH，使平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，滴加C2H5OH溶液，溶液不變色，沒有發(fā)生氧化還原反應(yīng)，對比實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論是紅釩鈉在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性；

（4）根據(jù)流程圖，反應(yīng)③除去Al、Si等元素，銀此濾液1中加入硫酸發(fā)生AlO2－＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓，SiO32－＋2H＋=H2SiO3↓，濾渣成分是H2SiO3和Al(OH)3；

（5）得到Na2SO4，根據(jù)圖像，Na2SO4的溶解度隨著溫度的升高而降低，得到Na2SO4的操作方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；

（6）根據(jù)裝置圖，B電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，A電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋，建立：H2～Fe2＋，n(Fe2＋)=13.44/22.4mol=0.6mol，根據(jù)得失電子數(shù)目守恒，n(Fe2＋)×1=n(Cr2O72－)×2×3，解得n(Cr2O72－)=0.1mol，同時(shí)產(chǎn)生Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，則溶液中有c(Fe3＋)/c(Cr3＋)=Ksp[Fe(OH)3]/Ksp[Cr(OH)3]，代入數(shù)值，得出：c(Fe3＋)=2.0×10－12mol·L－1。