Question

12．鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有SiO₂、Al₂O₃等雜質(zhì)，以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇）的過程如圖所示：

已知：
①NaFeO₂在水溶液中強(qiáng)烈水解生成對(duì)應(yīng)的氫氧化物．
②2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O
（1）完成煅燒過程中鉻鐵礦發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂上述反應(yīng)中每熔化1mol FeO•Cr₂O₃，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4.214×10²⁴
（2）浸出液的成分除Na₂CrO₄、NaOH外，還含有NaAlO₂、Na₂SiO₃（寫化學(xué)式，下同），濾渣1的成分是Fe（OH）₃．
（3）調(diào)節(jié)浸出液pH所加的試劑a是H₂SO₄ （寫化學(xué)式）．
（4）該流程中用了兩步調(diào)節(jié)pH，若合并成一步調(diào)pH，酸性過強(qiáng)，產(chǎn)品Na₂Cr₂O₇晶體中可能含有較多雜質(zhì)，用離子方程式說明引入該雜質(zhì)的原因AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O．
（5）100kg鉻鐵礦（含F(xiàn)eO•Cr₂O₃ 89.6%）最多可獲得Na₂Cr₂O₇•2H₂O的質(zhì)量為119.2kg．
（6）用鐵作陽(yáng)極，碳棒作陰極電解重鉻酸鈉溶液，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為Fe-2e^-=Fe²⁺．

Answer 1

分析 鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有SiO₂、Al₂O₃等雜質(zhì)，將鉻鐵礦和氫氧化鈉、空氣混合焙燒，發(fā)生反應(yīng)得到Na₂CrO₄、NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃、NaFeO₂，然后水浸、過濾得到濾渣1和浸出液，浸出液中溶質(zhì)是Na₂CrO₄、NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃，根據(jù)信息①知，濾渣1為Fe（OH）₃，在浸出液中加入試劑a調(diào)整溶液PH，試劑a應(yīng)為酸，依據(jù)流程中分離出的物質(zhì)可知，加入酸為硫酸，溶液中偏鋁酸鈉、Na₂SiO₃、NaOH與硫酸溶液生成硅酸沉淀和氫氧化鋁沉淀，然后過濾得到濾液和濾渣2，濾渣2是H₂SiO₃、Al（OH）₃，濾液中含有Na₂CrO₄、和Na₂SO₄，加入硫酸繼續(xù)調(diào)節(jié)溶液的pH，根據(jù)信息②知，溶質(zhì)變?yōu)镹a₂Cr₂O₇，將混合溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到Na₂Cr₂O₇晶體，和濾液為Na₂SO₄．
（1）根據(jù)發(fā)生的反應(yīng)確定固體產(chǎn)物成分；FeO•Cr₂O₃和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（2）結(jié)合題給信息確定濾渣成分，浸出液的成分除Na₂CrO₄、NaOH外，還含有NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃，NaFeO₂在水溶液中強(qiáng)烈水解生成對(duì)應(yīng)的氫氧化物，所以濾渣1為Fe（OH）₃；
（3）上述分析可知試劑A為硫酸；
（4）酸性過強(qiáng)，產(chǎn)品Na₂Cr₂O₇晶體中可能含有鋁離子，偏鋁酸鈉和適量硫酸反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁會(huì)溶解于氫氧化鋁生成鋁離子；
（5）依據(jù)元素守恒分析計(jì)算；
（6）陽(yáng)極是活性電極時(shí)，陽(yáng)極本身失電子，生成陽(yáng)離子．

解答 解：（1）通過以上分析知，“焙燒”后的固體產(chǎn)物成分除Na₂CrO₄、NaFeO₂外，還有NaAlO₂、Na₂SiO₃，鉻元素化合價(jià)+3價(jià)，鐵元素化合價(jià)為+2價(jià)，被氧氣氧化生成鉻酸鈉和NaFeO₂，鉻元素化合價(jià)變化為+6價(jià)，鐵元素化合價(jià)變化為+3價(jià)，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為34，據(jù)此電子守恒和原子守恒配平書寫得到焙燒過程中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)為4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂，4FeO•Cr₂O₃反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移28，每熔化1mol FeO•Cr₂O₃，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為$\frac{28}{4}$mol×6.02×10²³=4.214×10²⁴，
故答案為：4；10Na₂CO₃；8；4；10CO₂；4.214×10²⁴；
（2）浸出液中溶質(zhì)是Na₂CrO₄、NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃，浸出液的成分除Na₂CrO₄、NaOH外，還含有NaAlO₂、Na₂SiO₃，NaFeO₂在水溶液中強(qiáng)烈水解生成對(duì)應(yīng)的氫氧化物，所以濾渣1為Fe（OH）₃，
故答案為：NaAlO₂、Na₂SiO₃；Fe（OH）₃；
（3）由分析可知，流程最后分離得到硫酸鈉，加入的試劑a為硫酸，用來調(diào)節(jié)溶液PH，
故答案為：H₂SO₄ ；
（4）該流程中用了兩步調(diào)節(jié)pH，若合并成一步調(diào)pH，酸性過強(qiáng)，產(chǎn)品Na₂Cr₂O₇晶體中可能含有較多雜質(zhì)，可能含有鋁離子，偏鋁酸鈉和適量硫酸反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁會(huì)溶解于氫氧化鋁生成鋁離子，AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+H₂O，引入該雜質(zhì)的原因用離子方程式說明為：AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O，
故答案為：AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O；
（5）100kg鉻鐵礦（含F(xiàn)eO•Cr₂O₃ 89.6%）含F(xiàn)eO•Cr₂O₃物質(zhì)的量=$\frac{100000g×89.6%}{224g/mol}$=400mol，結(jié)合鉻元素守恒，獲得Na₂Cr₂O₇•2H₂O的物質(zhì)的量也為400mol，最多可獲得Na₂Cr₂O₇•2H₂O的質(zhì)量400mol×298g/mol=119200g=119.2kg，
故答案為：119.2；
（6）在電解法除鉻中，鐵作陽(yáng)極，陽(yáng)極反應(yīng)為Fe-2e^-═Fe²⁺，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇）的流程，側(cè)重考查物質(zhì)分離提純的實(shí)驗(yàn)過程分析判斷，主要是物質(zhì)性質(zhì)和試劑選擇、試劑反應(yīng)的產(chǎn)物分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．