Question

重鉻酸鹽廣泛用作氧化劑、皮革制作等．以鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為原料制取重鉻酸鈉的流程如圖1：

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

 

（2）寫出硫酸酸化使Na₂CrO₄轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇的離子方程式

 

．
（3）某工廠采用石墨電極電解Na₂CrO₄溶液，實(shí) 現(xiàn)了 Na₂CrO₄到Na₂Cr₂O₇的轉(zhuǎn)化，其原理如圖2所示．
①鈉離子交換膜的一種材料是聚丙烯酸鈉，聚丙烯酸鈉單體的結(jié)構(gòu)簡式是

 

；
②寫出陽極的電極反應(yīng)式

 

（4）Na₂Cr₂O₇可用于測定廢水的化學(xué)耗氧量（即C0D，指每升水樣中還原性物質(zhì)被氧化 所需要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（Cr₂O

2- 7

還原為Cr³⁺）；再用4mol/L的FeSO₄溶液滴定剩 余的Cr₂O

2- 7

，結(jié)果消耗FeSO₄溶液V₂mL．
①該水樣的COD為

 

mg/L；
②假設(shè)上述反應(yīng)后所得溶液中Fe³⁺和Cr³⁺的物質(zhì)的量濃度均為0.1mol/L，要使Fe³⁺沉 淀完全而Cr³⁺還未開始沉淀．則需調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是

 

．
（可能用到的數(shù)據(jù)：K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp[Cr（OH）₃]=6.0×10^-31，lg

3	0.4

=-0.1，lg

3	4

=0.2，lg

3	6

=0.3，lg

3	60

=0.6）

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),電解原理

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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，過濾得到濾液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；
（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出化學(xué)方程式；
（2）硫酸酸化使Na₂CrO₄轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇，依據(jù)電荷守恒寫出離子方程式；
（3）①依據(jù)聚丙烯酸鈉是加成聚合反應(yīng)生成，單體為丙烯酸鈉；
②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-；
（4）①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；
②鐵離子完全沉淀的濃度為10^-5mol/L，鉻離子不沉淀的濃度為0.1mol/L，由溶度積常數(shù)計(jì)算溶液氫氧根離子濃度，結(jié)合離子積常數(shù)換算氫離子濃度計(jì)算得到溶液pH．

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）在酸性環(huán)境下，CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，在酸性環(huán)境下，CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，即2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（3））①依據(jù)聚丙烯酸鈉是加成聚合反應(yīng)生成，單體為丙烯酸鈉，結(jié)構(gòu)簡式為CH₂=CHCOONa，故答案為：CH₂=CHCOONa；
②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-，陽極電極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（4）①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（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       4mol/L×V₂×10^-3L
n=

2

3

V₂×10^-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-

2

3

V₂×10^-3mol，
1L廢水水樣中被還原的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量=（c₁V₁-

2

3

V₂）×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-

2

3

V₂）×10^-2mol      m
m=（48c₁V₁-32V₂）×10^-2g=（480c₁V₁-320V₂）mg，該水樣的COD為（480c₁V₁-320V₂）mg/L，
故答案為：（480c₁V₁-320V₂）；
②反應(yīng)后所得溶液中Fe³⁺和Cr³⁺的物質(zhì)的量濃度均為0.1mol/L，要使Fe³⁺沉 淀完全而Cr³⁺還未開始沉淀，需要c（Fe³⁺）=10^-5mol/l時(shí)鐵離子沉淀完全，由溶度積常數(shù)Ksp=c（Fe³⁺）c³（OH^-），c³（OH^-）=

4.0×10-38

1×10-5

=4.0×10^-33 ，c（OH^-）=

3	4

×10^-11mol/L，c（H⁺）=

10-14

3 4  ×10-11

=

10-14

100.2×10-11

=10^-3.2，pH=-lgc（H⁺）=3.2；
Cr³⁺還未開始沉淀，c（Cr³⁺）=0.1mol/L，Ksp=c（Cr³⁺）c³（OH^-）=6.0×10^-31，c³（OH^-）=

6.0×10-31

0.1

=6.0×10^-30；c（OH^-）=

3	6

×10^-10mol/L，c（H⁺）=

10-14

3 6 ×10-10

=

10-14

100.3×10-10

=10^-4.3mol/L，pH=-lgc（H⁺）=4.3，
則要使Fe³⁺沉淀完全而Cr³⁺還未開始沉淀．則需調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是3.2～4.3，
故答案為：3.2～4.3．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)過程分析，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)的過程分析，掌握基礎(chǔ)和題干信息是關(guān)鍵．