Question

4．鉻是一種銀白色的金屬，化學性質(zhì)穩(wěn)定，常用于金屬加工、電鍍等行業(yè)中．
工業(yè)上以鉻鐵礦[主要成分是Fe（CrO₂）₂]為原料冶煉鉻及獲得強氧化劑Na₂Cr₂O₇，其工藝流程如圖1所示：

（1）高溫氧化時，反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為7：4．
（2）Na₂Cr₂O₇中鉻元素的化合價為+6，已知Cr（OH）₃為兩性氫氧化物，寫出其電離方程式：H⁺+H₂O+CrO₂^-?Cr（OH）₃?Cr³⁺+3OH^-．
（3）酸化過程中，不選用鹽酸的原因是鹽酸中氯離子會被氧化生成氯氣．
（4）固體a的主要成分是Na₂SO₄．10H₂O，根據(jù)如圖2分析操作a為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾．
（5）加入Na₂ S溶液反應(yīng)后，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，寫出生成S₂O₃^2-的離子方程式6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃+22OH^-．
（6）寫出利用鋁熱反應(yīng)制取鉻的化學方程式2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr，試劑c通常還可以是（至少寫兩種）CO、C、H₂等．

Answer 1

分析 鉻鐵礦中加入碳酸鈉并通入氧氣，高溫下將Fe（CrO₂）₂氧化得到Fe₂O₃、Na₂CrO₄，同時生成CO₂，將得到的固體溶于水得到Na₂CrO₄溶液，然后過濾，向濾液中加入硫酸酸化，硫酸和Na₂CrO₄反應(yīng)生成Na₂Cr₂O₇和硫酸鈉，通過蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶，依據(jù)溶解度圖象分析可知，過濾得到固體a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，溶液a為Na₂Cr₂O₇溶液；
另一份Na₂CrO₄溶液中加入Na₂S發(fā)生氧化還原反應(yīng)，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，鉻元素生成Cr（OH）₃沉淀，過濾后灼燒Cr（OH）₃得到Cr₂O₃，利用鋁熱反應(yīng)制備金屬鉻，所以試劑c為Al；
（1）高溫氧化時，該反應(yīng)中Fe元素化合價由+2價變?yōu)?3價、Cr元素化合價由+3價變?yōu)?6價，O元素化合價由0價變?yōu)?2價，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等判斷反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比；
（2）Na₂Cr₂O₇中Na元素化合價為+1價、O元素化合價為-2價，根據(jù)化合物中各元素化合價代數(shù)和為0判斷鉻元素的化合價；Cr（OH）₃為兩性氫氧化物，能發(fā)生酸式電離和堿式電離；
（3）Na₂CrO₄溶液具有強氧化性，能氧化鹽酸；
（4）從溶液中獲取晶體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶及過濾方法；
（5）Na₂S具有還原性，能被Na₂CrO₄溶液氧化生成硫代硫酸根離子，同時生成Cr（OH）₃；
（6）高溫下，氧化鉻和Al發(fā)生置換反應(yīng)生成Cr，試劑c能將氧化鉻還原生成Cr，所以c應(yīng)該具有還原性．

解答 解：鉻鐵礦中加入碳酸鈉并通入氧氣，高溫下將Fe（CrO₂）₂氧化得到Fe₂O₃、Na₂CrO₄，同時生成CO₂，將得到的固體溶于水得到Na₂CrO₄溶液，然后過濾，向濾液中加入硫酸酸化，硫酸和Na₂CrO₄反應(yīng)生成Na₂Cr₂O₇和硫酸鈉，通過蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶，依據(jù)溶解度圖象分析可知，過濾得到固體a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，溶液a為Na₂Cr₂O₇溶液；
另一份Na₂CrO₄溶液中加入Na₂S發(fā)生氧化還原反應(yīng)，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，鉻元素生成Cr（OH）₃沉淀，過濾后灼燒Cr（OH）₃得到Cr₂O₃，利用鋁熱反應(yīng)制備金屬鉻，所以試劑c為Al；
（1）高溫氧化時，F(xiàn)e（CrO₂）₂和碳酸鈉、氧氣反應(yīng)氧化還原反應(yīng)生成Na₂CrO₄、二氧化碳和氧化鐵，該反應(yīng)中Fe元素化合價由+2價變?yōu)?3價、Cr元素化合價由+3價變?yōu)?6價，O元素化合價由0價變?yōu)?2價，所以氧氣是氧化劑、Fe（CrO₂）₂是還原劑，依據(jù)原子守恒、轉(zhuǎn)移電子守恒配平書寫化學方程式為4Fe（CrO₂）₂+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，則氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為7：4，
故答案為：7：4；
（2）Na₂Cr₂O₇中Na元素化合價為+1價、O元素化合價為-2價，根據(jù)化合物中各元素化合價代數(shù)和為0得鉻元素的化合價為+6價；Cr（OH）₃為兩性氫氧化物，能發(fā)生酸式電離和堿式電離，電離方程式為H⁺+H₂O+CrO₂^-?Cr（OH）₃?Cr³⁺+3OH^-，
故答案為：+6；H⁺+H₂O+CrO₂^-?Cr（OH）₃?Cr³⁺+3OH^-；
（3）Na₂CrO₄溶液具有強氧化性，能氧化鹽酸生成氯氣，所以不能用鹽酸，故答案為：鹽酸中氯離子會被氧化生成氯氣；
（4）從溶液中獲取晶體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶及過濾方法，故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（5）Na₂S具有還原性，能被Na₂CrO₄溶液氧化生成硫代硫酸根離子，同時生成Cr（OH）₃，離子反應(yīng)方程式為6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃+22OH^-，故答案為：6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃+22OH^-；
（6）高溫下，氧化鉻和Al發(fā)生置換反應(yīng)生成Cr，反應(yīng)方程式為2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr，試劑c能將氧化鉻還原生成Cr，所以c應(yīng)該具有還原性，則c還可以是CO、C、H₂等，故答案為：2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr；CO、C、H₂等．

點評 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點，涉及氧化還原反應(yīng)、鋁熱反應(yīng)、弱電解質(zhì)的電離、基本實驗操作等知識點，明確物質(zhì)的性質(zhì)、基本實驗操作方法等即可解答，難點是（1）（3）題方程式的配平，題目難度中等．