Question

14．鉻（Cr）有許多種化合物，在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的用途．
（1）實(shí)驗(yàn)室中可模擬工業(yè)冶煉鉻的流程，利用鉻鐵礦（FeO•Cr₂O₃）制取鉻單質(zhì)．首先將鉻鐵礦與氫氧化鈉固體混合后，在空氣中焙燒；再經(jīng)過一系列操作，除去Fe 元素，使Cr 元素轉(zhuǎn)化生成Cr₂O₃，再用鋁熱法制取鉻單質(zhì)．
①焙燒時(shí)應(yīng)將鉻鐵礦放在鐵坩堝（填儀器名稱）中．
②除雜過程中，需要對(duì)沉淀進(jìn)行洗滌，洗滌沉淀的操作方法是將蒸餾水沿玻璃棒慢慢倒入漏斗中浸沒沉淀，待水流盡后，再重復(fù)操作2～3 次．
③用鋁粉和Cr₂O₃ 做鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，還需要的試劑有鎂條和KClO₃（填化學(xué)式）．
（2）鉻的化合物有毒，排放前要經(jīng)過處理，通常有兩種方法：
方法一：還原法．某含Cr₂O₇^2-的酸性廢水可用硫酸亞鐵銨[FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O]處理，反應(yīng)后鐵元素和鉻元素完全轉(zhuǎn)化為沉淀，該沉淀經(jīng)干燥后得到復(fù)合氧化物[xFeO•FeyCr_（2-y）O₃]（x、y 均可以是分?jǐn)?shù)）．如果Cr₂O₇^2-和FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O 按物質(zhì)的量之比為1：8 的關(guān)系反應(yīng)，則復(fù)合氧化物中Cr的化合價(jià)為+3；復(fù)合氧化物的化學(xué)式為0.5FeO•Fe1.5Cr_0.5O₃．
方法二：電解法．將含Cr₂O₇^2-的酸性廢水放入電解槽內(nèi)，加入一定量氯化鈉，用鐵作電極提供Fe²⁺，Cr₂O₇^2-將Fe²⁺氧化生成Fe³⁺，本身被還原生成Cr³⁺，最后Cr³⁺和Fe³⁺ 以Cr（OH）₃ 和Fe（OH）₃ 的形式除去．
鐵作電解槽的陽極，陰極的反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂，
Cr₂O₇^2-氧化Fe²⁺的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺++6Fe³⁺+7H₂O．
（3）CrO₃ 是一種常見的鉻的氧化物，其熱穩(wěn)定性較差，加熱時(shí)逐步分解．取100g CrO₃ 加熱，剩余固體的質(zhì)量隨溫度的變化如圖所示．A 點(diǎn)時(shí)剩余固體的成分是CrO₂．

Answer 1

分析 （1）①氫氧化鈉固體在加熱條件下能與二氧化硅等 反應(yīng)，所以鉻鐵礦與氫氧化鈉固體混合后，在空氣中焙燒，應(yīng)在鐵坩堝進(jìn)行；
②除雜過程中，需要對(duì)沉淀進(jìn)行洗滌，其裝置同過濾裝置；
③做鋁熱反應(yīng)時(shí)用鎂燃燒產(chǎn)生的熱對(duì)鋁熱劑加熱，需要用氧化劑氧化鎂，常見的為氯酸鉀；
（2）方法一：根據(jù)反應(yīng)Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O可知，生成的復(fù)合氧化物中鉻元素顯+3價(jià)，且Cr³⁺、Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為1：3，結(jié)合Cr₂O₇^2-和FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O 按物質(zhì)的量之比為1：8 的關(guān)系反應(yīng)，可知復(fù)合氧化物中Cr³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺的物質(zhì)的量之比為1：3：1，據(jù)此答題；
方法二：根據(jù)電解法的原理可知，用鐵作電極提供Fe²⁺，則鐵應(yīng)作陽極，由于溶液呈酸性，所以陰極反應(yīng)應(yīng)為氫離子放電生成氫氣；Cr₂O₇^2-與Fe²⁺反應(yīng)生成Cr³⁺和Fe³⁺，根據(jù)電荷守恒和元素守恒可寫出離子方程式；
（3）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在變化過程中，Cr的質(zhì)量沒有變，求出氧原子和鉻原子的個(gè)數(shù)比，進(jìn)而確定A點(diǎn)時(shí)剩余固體的成分．

解答 解：（1）①氫氧化鈉固體在加熱條件下能與二氧化硅等 反應(yīng)，所以鉻鐵礦與氫氧化鈉固體混合后，在空氣中焙燒，應(yīng)在鐵坩堝進(jìn)行，
故答案為：鐵坩堝；
②除雜過程中，需要對(duì)沉淀進(jìn)行洗滌，其裝置同過濾裝置，操作為將蒸餾水沿玻璃棒慢慢倒入漏斗中浸沒沉淀，待水流盡后，再重復(fù)操作2～3 次，
故答案為：將蒸餾水沿玻璃棒慢慢倒入漏斗中浸沒沉淀，待水流盡后，再重復(fù)操作2～3 次；
③做鋁熱反應(yīng)時(shí)用鎂燃燒產(chǎn)生的熱對(duì)鋁熱劑加熱，需要用氧化劑氧化鎂，常見的為KClO₃，
故答案為：KClO₃；
（2）方法一：根據(jù)反應(yīng)Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O可知，生成的復(fù)合氧化物中鉻元素顯+3價(jià)，且Cr³⁺、Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為1：3，結(jié)合Cr₂O₇^2-和FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O 按物質(zhì)的量之比為1：8 的關(guān)系反應(yīng)，可知復(fù)合氧化物中Cr³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺的物質(zhì)的量之比為1：3：1，所以復(fù)合氧化物[xFeO•FeyCr_（2-y）O₃]中y：（2-y）=3：1，y=1.5，x：y=1：3，則x=0.5所以復(fù)合氧化物的化學(xué)式為0.5FeO•Fe1.5Cr_0.5O₃，
故答案為：+3；0.5FeO•Fe1.5Cr_0.5O₃；
方法二：根據(jù)電解法的原理可知，用鐵作電極提供Fe²⁺，則鐵應(yīng)作陽極，由于溶液呈酸性，所以陰極反應(yīng)應(yīng)為氫離子放電生成氫氣，電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂，Cr₂O₇^2-與Fe²⁺反應(yīng)生成Cr³⁺和Fe³⁺，根據(jù)電荷守恒和元素守恒可寫出離子方程式為 Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺++6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：陽；2H⁺+2e^-=H₂； Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺++6Fe³⁺+7H₂O；
（3）100g CrO₃ 中Cr的質(zhì)量為52g，A點(diǎn)時(shí)固體的質(zhì)量為：100g×84%=84g，Cr的質(zhì)量沒有變，所以生成物中Cr的質(zhì)量為52g，氧元素的質(zhì)量為32，兩者的個(gè)數(shù)比為$\frac{52}{52}$：$\frac{32}{16}$=1：2，所以A點(diǎn)時(shí)剩余固體的成分是CrO₂，
故答案為：CrO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查氧化還原反應(yīng)的計(jì)算，涉及實(shí)驗(yàn)基本操作、氧化還原反應(yīng)、離子方程式的書寫、化學(xué)計(jì)算等內(nèi)容，題目難度中等，側(cè)重于反應(yīng)原理的應(yīng)用的考查，分析時(shí)要根據(jù)題給信息，結(jié)合相關(guān)原理進(jìn)行解答．