Question

5．以某鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、SiO₂等雜質）為原料生產Cr₂O₃的流程如下：

已知：Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，K_sp[Cr（OH）₃]=6.4×10^-31，lg2=0.3
（1）步驟Ⅰ中為了提高反應速率應該采取的措施有適當升溫、粉碎鉻礦石．（寫2種）
（2）濾液1中的陰離子除CO₃^2-外，主要還有CrO₄^2-、SiO₃^2-．
（3）步驟Ⅳ發生的反應中Cr₂O₇^2-和蔗糖（C₁₂H₂₂O₁₁）的物質的量之比為8：1．
（4）步驟Ⅴ中為了使Cr³⁺完全沉淀[此時，c（Cr³⁺）≤10^-5mol•L^-1]，pH至少調至5.6．
（5）濾液3的主要溶質是兩種鹽，化學式為（NH₄）₂SO₄、Na₂SO₄．
（6）研究發現，固態Na₂CrO₄與氨氣在500℃下反應得到NaCrO₂，將NaCrO₂溶解后通入CO₂得到更為純凈的Cr（OH）₃．則NaCrO₂溶液與過量CO₂反應的離子方程式為CrO₂^-+CO₂+2H₂O=Cr（OH）₃↓+HCO₃^-．

Answer 1

分析 以鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、SiO₂等雜質）為原料，加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發生反應，二氧化硅能與碳酸鈉反應生成硅酸鈉，FeO被氧化為氧化鐵，水浸過濾分離，結合濾液2與蔗糖得到Cr³⁺、信息Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，可知濾液1中含有Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、未反應的Na₂CO₃，過濾得到濾渣為氧化鐵，調節溶液pH使硅酸根轉化為硅酸沉淀，再過濾除去，得到濾液2中含有Na₂Cr₂O₇、Na₂SO₄，用蔗糖還原，再與尿素反應，濾液3的主要溶質是兩種鹽為（NH₄）₂SO₄、Na₂SO₄．
（1）增大接觸面積，升高溫度等可以反應速率；
（2）濾液1中含有Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、Na₂CO₃等；
（3）根據電子轉移守恒計算Cr₂O₇^2-和蔗糖的物質的量之比；
（4）Cr³⁺沉淀完全的濃度為10^-5mol/L，根據K_SP[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.4×10^-31計算c（OH^-），根據水的離子積計算c（H⁺），再根據pH=-lgc（H⁺）計算；
（5）濾液3的主要溶質是兩種鹽是硫酸銨與硫酸鈉；
（6）將NaCrO₂溶解后通入CO₂得到更為純凈的Cr（OH）₃，屬于水解反應，還生成碳酸氫鈉．

解答 解：以鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、SiO₂等雜質）為原料，加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發生反應，二氧化硅能與碳酸鈉反應生成硅酸鈉，FeO被氧化為氧化鐵，水浸過濾分離，結合濾液2與蔗糖得到Cr³⁺、信息Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，可知濾液1中含有Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、未反應的Na₂CO₃，過濾得到濾渣為氧化鐵，調節溶液pH使硅酸根轉化為硅酸沉淀，再過濾除去，得到濾液2中含有Na₂Cr₂O₇、Na₂SO₄，用蔗糖還原，再與尿素反應，濾液3的主要溶質是兩種鹽為（NH₄）₂SO₄、Na₂SO₄．
（1）適當升溫、粉碎鉻礦石、攪拌等等可以反應速率，
故答案為：適當升溫、粉碎鉻礦石、攪拌等；
（2）濾液1中含有Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、Na₂CO₃等，除CO₃^2-外，主要還有：CrO₄^2-、SiO₃^2-，
故答案為：CrO₄^2-、SiO₃^2-；
（3）反應中Cr元素化合價由+6價降低為+3價，C元素由0價升高為+4，根據電子轉移守恒則：6n（Cr₂O₇^2-）=48n（蔗糖），故n（Cr₂O₇^2-）：n（蔗糖）=8：1
故答案為：8：1；
（4）Cr³⁺沉淀完全的濃度為10^-5mol/L，根據K_SP[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.4×10^-31，可知c（OH^-）=4×10^-9mol/L，則c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{4×1{0}^{-9}}$mol/L=$\frac{1}{4}$×10^-5mol/L，則pH=-lg$\frac{1}{4}$×10^-5=5.6，
故答案為：5.6；
（5）濾液3的主要溶質是兩種鹽是（NH₄）₂SO₄、Na₂SO₄，
故答案為：（NH₄）₂SO₄、Na₂SO₄；
（6）將NaCrO₂溶解后通入CO₂得到更為純凈的Cr（OH）₃，屬于水解反應，還生成碳酸氫鈉，反應離子方程式為：CrO₂^-+CO₂+2H₂O=Cr（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：CrO₂^-+CO₂+2H₂O=Cr（OH）₃↓+HCO₃^-．

點評 本題考查物質制備工藝流程，涉及對操作與反應原理的分析評價、物質的分離提純、溶度積有關計算、化學計算計算等，側重于學生對原理的分析應用及計算能力的考查，綜合性較強，題目難度中等．