Question

5．重鉻酸鈉俗稱紅礬鈉（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）是重要的化工產品和強氧化劑．工業制備的流程如圖1：

請回答：
（1）已知Fe（CrO₂）₂中鉻元素是+3價，則Fe（CrO₂）₂中鐵元素是+2價．
（2）化學上可將某些鹽寫成氧化物的形式，如Na₂SiO₃可寫成Na₂O•SiO₂，則Fe（CrO₂）₂可寫成FeO•Cr₂O₃ ．
（3）煅燒鉻鐵礦時，礦石中難溶的Fe（CrO₂）₂生成可溶于水的Na₂CrO₄，反應化學方程式如下：4Fe（Cr）+8NaC₃+=Fe₃+8NaCr₄+8C
為了加快該反應的反應速率，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，如：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇2^-+H₂O；
3CrO₄^2-+4H⁺=Cr₃O₁₀^2-+H₂O
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，過量會生成Na₂Cr₃O₁₀等副產物．
②混合溶液乙中溶質的化學式是Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄．
（5）+3、+6價鉻都有很強的毒性，+6價鉻的毒性更高，可誘發肺癌和鼻咽癌，所以制取紅礬鈉后的廢水中含有的Cr₂O₇^2-必須除去．工業上可用電解法來處理含Cr₂O₇^2-的廢水，下圖為電解裝置示意圖2（電極材料分別為鐵和石墨）．通電后，Cr₂O₇^2-在b極附近轉變為Cr³⁺，一段時間后Cr³⁺最終可在a極附近變成Cr（OH）₃沉淀而被除去．
a電極的電極反應式是2H⁺+2e^-=H₂↑，
b電極附近反應的離子方程式是Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．

Answer 1

分析 鉻鐵礦加入純堿，通入空氣煅燒，經浸取后得到Na₂CrO₄、Na₂CO₃，加入適量硫酸，得到混合溶液乙含有Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，然后結晶可得到Na₂Cr₂O₇晶體，
（1）根據正負總化合價之和相等進行分析；
（2）類比Na₂SiO₃可寫成Na₂O•SiO₂完成Fe（CrO₂）₂的氧化物的形式；
（3）根據影響化學反應速率的因素分析；
（4）①固體圖示及題中信息可知，少量不能除盡Na₂CO₃等雜質，過量會生成Na₂Cr₃O₁₀等副產物；
②發生了反應2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄；
（5）a連接電源負極，所以a為陰極；b連接電源正極，所以b為電解槽的陽極；陽極發生氧化反應，陰極發生還原反應．

解答 解：（1）Fe（CrO₂）₂中，氧元素的化合價是-2價，總的負價是-8價，鉻元素的化合價是+3價，2個鉻原子化合價是+6價，所以鐵元素化合價是+2價，
故答案為：+2；
（2）Fe（CrO₂）₂ 中鐵元素化合價是+2價，氧化物為FeO，鉻元素化合價+3價，氧化物為Cr₂O₃，所以Fe（CrO₂）₂寫成氧化物形式為FeO•Cr₂O₃，
故答案為：FeO•Cr₂O₃ ；
（3）增大反應物接觸面積可以加快反應速率，升高溫度可以大大加快反應速率，
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，過量會發生反應3CrO₄^2-+4H⁺=Cr₃O₁₀^2-+2H₂O，生成了Na₂Cr₃O₁₀等副產物，所以必須加入適量硫酸，
故答案為：少量不能除盡Na₂CO₃等雜質，過量會生成Na₂Cr₃O₁₀等副產物；
②由于發生了反應2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，生成了Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，所以乙中溶質的化學式Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄，
故答案為：Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄；
（5）根據電解槽圖示可知，a為陰極，溶液顯示酸性，溶液中氫離子得到電子，發生還原反應，電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑，
b為陽極，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．

點評 本題考查了重鉻酸鈉的制取原理及除雜方法，為高頻考點，側重于學生的分析能力、實驗能力和計算能力的考查，注意合理分析題中信息，難度中等．