Question

8．重鉻酸鈉俗稱紅礬鈉（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）是重要的化工產(chǎn)品和強(qiáng)氧化劑．工業(yè)制備的流程如下：

請(qǐng)回答：
（1）已知Fe（CrO₂）₂中鉻元素是+3價(jià)，則Fe（CrO₂）₂中鐵元素是+2價(jià)．
（2）化學(xué)上可將某些鹽寫(xiě)成氧化物的形式，如Na₂SiO₃可寫(xiě)成Na₂O•SiO₂，則Fe（CrO₂）₂可寫(xiě)成FeO•Cr₂O₃．
（3）煅燒鉻鐵礦時(shí)，礦石中難溶的Fe（CrO₂）₂生成可溶于水的Na₂CrO₄，反應(yīng)化學(xué)方程式如下：
4Fe（CrO₂）₂+8Na₂CO₃+7O₂═2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂
為了加快該反應(yīng)的反應(yīng)速率，可采取的措施是粉碎礦石，升高溫度．
（4）已知CrO₄^2-在不同的酸性溶液中有不同的反應(yīng)，如：
2CrO₄^2-+2H⁺═Cr₂O₇^2-+H₂O；  3CrO₄^2-+4H⁺═Cr₃O₁₀^2-+2H₂O
①往混合溶液甲中加入硫酸必須適量的原因是少量不能除盡Na₂CO₃等雜質(zhì)，過(guò)量會(huì)生成Na₂Cr₃O₁₀等副產(chǎn)物．
②混合溶液乙中溶質(zhì)的化學(xué)式是Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄．
（5）+3、+6價(jià)鉻都有很強(qiáng)的毒性，+6價(jià)鉻的毒性更高，可誘發(fā)肺癌和鼻咽癌，所以制取紅礬鈉后的廢水中含有的Cr₂O₇^2-必須除去．工業(yè)上可用電解法來(lái)處理含Cr₂O₇^2-的廢水，下圖為電解裝置示意圖（電極材料分別為鐵和石墨）．通電后，Cr₂O₇^2-在b極附近轉(zhuǎn)變?yōu)镃r³⁺，一段時(shí)間后Cr³⁺最終可在a極附近變成Cr（ OH）₃沉淀而被除去．
a電極的電極反應(yīng)式是2H⁺+2e^-=H₂↑，
b電極附近反應(yīng)的離子方程式是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．

Answer 1

分析 工業(yè)制備紅礬鈉的流程：煅燒鉻鐵礦時(shí)，礦石中難溶的Fe（CrO₂）₂生成可溶于水的Na₂CrO₄，反應(yīng)化學(xué)方程式如下：4Fe（CrO₂）₂+8Na₂CO₃+7O₂═2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂，
加入適量的硫酸，發(fā)生了反應(yīng)2Na₂CrO₄+H₂SO₄?Na₂SO₄+Na₂Cr₂O₇+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，乙中溶質(zhì)的化學(xué)式Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，結(jié)晶得到紅礬鈉（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）．
（1）根據(jù)正負(fù)總化合價(jià)之和相等進(jìn)行分析；
（2）類比Na₂SiO₃可寫(xiě)成Na₂O•SiO₂完成Fe（CrO₂）₂的氧化物的形式；
（3）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析；
（4）①固體圖示及題中信息可知，少量不能除盡Na₂CO₃等雜質(zhì)，過(guò)量會(huì)生成Na₂Cr₃O₁₀等副產(chǎn)物；
②發(fā)生了反應(yīng)2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄；
（5）a連接電源負(fù)極，所以a為陰極；b連接電源正極，所以b為電解槽的陽(yáng)極；陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）Fe（CrO₂）₂中，氧元素的化合價(jià)是-2價(jià)，總的負(fù)價(jià)是-8價(jià)，鉻元素的化合價(jià)是+3價(jià)，2個(gè)鉻原子化合價(jià)是+6價(jià)，所以鐵元素化合價(jià)是+2價(jià)，
故答案為：+2；
（2）Fe（CrO₂）₂ 中鐵元素化合價(jià)是+2價(jià)，氧化物為FeO，鉻元素化合價(jià)+3價(jià)，氧化物為Cr₂O₃，所以Fe（CrO₂）₂寫(xiě)成氧化物形式為FeO•Cr₂O₃，
故答案為：FeO•Cr₂O₃ ；
（3）增大反應(yīng)物接觸面積可以加快反應(yīng)速率，升高溫度可以大大加快反應(yīng)速率，
故答案為：粉碎礦石，升高溫度；
（4）①由于少量難以除盡碳酸鈉，過(guò)量會(huì)發(fā)生反應(yīng)3CrO₄^2-+4H⁺=Cr₃O₁₀^2-+2H₂O，生成了Na₂Cr₃O₁₀等副產(chǎn)物，所以必須加入適量硫酸，
故答案為：少量不能除盡Na₂CO₃等雜質(zhì)，過(guò)量會(huì)生成Na₂Cr₃O₁₀等副產(chǎn)物；
②由于發(fā)生了反應(yīng)2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，所以乙中溶質(zhì)的化學(xué)式Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，
故答案為：Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄；
（5）根據(jù)電解槽圖示可知，a為陰極，溶液顯示酸性，溶液中氫離子得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，
b為陽(yáng)極，鐵失去電子生成亞鐵離子，亞鐵離子被Cr₂O₇^2-氧化成鐵離子，反應(yīng)的方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑，Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了重鉻酸鈉的制取原理及除雜方法，涉及了電極知識(shí)的應(yīng)用，充分考查了學(xué)生的分析、理解等綜合能力，注意合理分析題中信息，本題難度中等．