Question

11．化工原料紅礬鈉（重鉻酸鈉：Na₂Cr₂O₇•2H₂O）主要是以鉻鐵礦（主要成份為 FeO•Cr₂O₃，還含有A1₂O₃、SiO₂ 等雜質(zhì)）為主要原料生產(chǎn)，其主要工藝流程如下（如圖1）：

步驟①中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂
（1）雜質(zhì) A1₂O₃、SiO₂在①中轉(zhuǎn)化后經(jīng)加水過(guò)濾進(jìn)入濾液，寫出A1₂O₃在①中轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)方程式Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑．
（2）用化學(xué)平衡移動(dòng)原理說(shuō)明③中煮沸的作用是水解吸熱，煮沸促進(jìn)水解平衡AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-、SiO₃^2-+2H₂O?H₂SiO₃+2OH^-向右移動(dòng)，生成氫氧化鋁、硅酸沉淀；H⁺將水解生成的氫氧化鋁沉淀溶解，雜質(zhì)Al³⁺與Na₂CrO₄難以分離（用離子方程式結(jié)合文字說(shuō)明）
（3）⑤中酸化是使 CrO₄^2一轉(zhuǎn)化為 Cr₂O₇^2一，若1L酸化后所得溶液中含鉻元素的質(zhì)量為 28.6g，CrO₄^2-有$\frac{10}{11}$轉(zhuǎn)化為 Cr₂O₇^2-．
①酸化后所得溶液中 c（Cr₂O₇^2- ）=0.25mol•L^-1
②工業(yè)上也可設(shè)計(jì)圖2示裝置（兩極均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取 Na₂Cr₂O₇，圖2中右側(cè)電極的電極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺或4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．若電解前兩側(cè)溶液的質(zhì)量相等，則當(dāng)電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了1mol 電子時(shí)兩側(cè)溶液的質(zhì)量差為53g．

Answer 1

分析 鉻鐵礦（主要成分為FeO•Cr₂O₃，還含有Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）加入碳酸鈉煅燒，可生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、NaAlO₂、Na₂SiO₃等，加入水浸取，得到濾渣1為Fe₂O₃，過(guò)濾后將濾液稀釋、煮沸、調(diào)節(jié)pH7～8得到濾渣2為Al（OH）₃、H₂SiO₃，過(guò)濾后將濾液酸化，發(fā)生了反應(yīng)2Na₂CrO₄+H₂SO₄?Na₂SO₄+Na₂Cr₂O₇+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，蒸發(fā)結(jié)晶得到硫酸鈉，冷卻結(jié)晶得到Na₂Cr₂O₇•2H₂O，
（1）雜質(zhì)Al₂O₃在①中轉(zhuǎn)化生成NaAlO₂；
（2）濾液中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃等，都為強(qiáng)堿弱酸鹽，加熱煮沸，促進(jìn)水解，若調(diào)節(jié)pH過(guò)低，H⁺將水解生成的氫氧化鋁沉淀溶解，雜質(zhì)Al³⁺與Na₂CrO₄難以分離；
（3）①酸化時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，根據(jù)守恒列關(guān)系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-，列式計(jì)算得n（Cr₂O₇^2-）和n（CrO₄^2-）剩余，進(jìn)而求出酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）；
②根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設(shè)計(jì)圖示裝置（均為惰性電極），右側(cè)電極電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，說(shuō)明在該電極是陽(yáng)極，連接電源的正極，電極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=O₂+4H，陰極電極反應(yīng)2H⁺+2e^-=H₂↑，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：鉻鐵礦（主要成分為FeO•Cr₂O₃，還含有Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）加入碳酸鈉煅燒，可生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、NaAlO₂、Na₂SiO₃等，加入水浸取，得到濾渣1為Fe₂O₃，過(guò)濾后將濾液稀釋、煮沸、調(diào)節(jié)pH7～8得到濾渣2為Al（OH）₃、H₂SiO₃，過(guò)濾后將濾液酸化，發(fā)生了反應(yīng)2Na₂CrO₄+H₂SO₄?Na₂SO₄+Na₂Cr₂O₇+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，蒸發(fā)結(jié)晶得到硫酸鈉，冷卻結(jié)晶得到Na₂Cr₂O₇•2H₂O，
（1）雜質(zhì)Al₂O₃在①中轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)方程式為Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，
故答案為：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；
（2）濾液中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃等，都為強(qiáng)堿弱酸鹽，加熱煮沸，促進(jìn)水解平衡AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-、SiO₃^2-+2H₂O?H₂SiO₃+2OH^-向右移動(dòng)，生成氫氧化鋁、硅酸沉淀，若調(diào)節(jié)pH過(guò)低，H⁺將水解生成的氫氧化鋁沉淀溶解，雜質(zhì)Al³⁺與Na₂CrO₄難以分離，
故答案為：水解吸熱，煮沸促進(jìn)水解平衡AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-、SiO₃^2-+2H₂O?H₂SiO₃+2OH^-向右移動(dòng)，生成氫氧化鋁、硅酸沉淀； H⁺將水解生成的氫氧化鋁沉淀溶解，雜質(zhì)Al³⁺與Na₂CrO₄難以分離；
（3）①酸化時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，若1L酸化后所得溶液中含鉻元素的質(zhì)量為28.6g，CrO₄^2-有$\frac{10}{11}$轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，說(shuō)明鉻元素有$\frac{10}{11}$轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-
根據(jù)守恒列關(guān)系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-
                  2            1
                  $\frac{28.6g×\frac{10}{11}}{52g/mol}$   n（Cr₂O₇^2-）
得n（Cr₂O₇^2-）=0.25mol，
①酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=$\frac{n}{V}$=0.25mol•L^-1，
故答案為：0.25mol•L^-1；
②根據(jù)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O設(shè)計(jì)圖示裝置（均為惰性電極）電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，需要通過(guò)電解生成H⁺提高溶液的酸性，說(shuō)明在該電極是陽(yáng)極，連接電源的正極，電極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺，通電完成后，若轉(zhuǎn)移0.1mol電子，陽(yáng)極電極反應(yīng)：2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺或4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，陰極電極反應(yīng)2H⁺+2e^-=H₂↑，2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，設(shè)原來(lái)溶液質(zhì)量相同為m，依據(jù)溶液中電荷守恒，則陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)的質(zhì)量差=m-0.5mol×2g/mol+1mol×23g/mol-（m-0.25mol×32g/mol-1mol×23g/mol）
=53g，
故答案為：2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺或4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；53．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備流程和方案的分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，注意把握題干信息的分析理解，操作步驟的注意問(wèn)題和基本操作方法是解題關(guān)鍵，題目難度中等．