Question

3．過渡元素位于第四周期第ⅥB族，是一種銀白色的金屬，化學性質穩定．常用于金屬加工，電鍍等行業中．工業生產的含鉻廢水也是重要工業污染物之一．工業上以鉻鐵礦主要成分是Fe（CrO₂）₂為原料冶煉金屬鉻還可獲得強氧化劑Na₂Cr₂O₃，其工藝流程如如圖1所示：

（1）Na₂Cr₂O₃中鉻元素的化合價為+2，已知Cr（OH）₃為兩性氫氧化物，寫出其電離方程式：H⁺+H₂O+CrO₂^-?Cr（OH）₃?Cr³⁺+3OH^-．
（2）酸化過程中，選用硫酸而不選用鹽酸的原因是鉻酸根有強氧化性，把鹽酸中的氯離子氧化，生成氯氣．
（3）固體a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，根據如圖2分析操作a為蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾．
（4）加入Na₂S溶液充分反應后，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，寫出生成S₂O₃^2-的離子方程式6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃↓+22OH^-．
（5）高溫氧化時，反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為7：4．
（6）寫出利用鋁熱反應制取鉻的化學方程式2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr．

Answer 1

分析 工業上常用鉻鐵礦（主要成分為Fe（CrO₂）₂）為原料冶煉金屬鉻還可獲得強氧化劑Na₂Cr₂O₃流程：鉻鐵礦加入碳酸鈉和氧氣高溫氧化生成Na₂CrO₄，二氧化碳和氧化鐵，水浸過濾得到渣料氧化鐵和濾液Na₂CrO₄溶液，溶液中加入稀硫酸酸化生成重鉻酸鈉和硫酸鈉溶液，通過蒸發濃縮冷卻結晶，依據溶解度圖象分析可知，過濾得到固體a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，溶液a為重鉻酸鉀溶液，另一份Na₂CrO₄溶液中加入Na₂S發生氧化還原反應，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在．鉻元素生成氫氧化鉻沉淀，過濾后灼燒得到氧化鉻，利用鋁熱反應制備金屬鉻；
（1）根據在化合物中正負化合價代數和為零，結合鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₃）的化學式進行解答，Cr（OH）₃為兩性氫氧化物，酸式電離出CrO₂^-和H⁺，堿式電離出鉻離子和氫氧根離子；
（2）酸化過程中，不選用鹽酸的原因是氯離子具有還原性易被氧化為氯氣；
（3）與溶解度圖象分析，得到硫酸鈉晶體的方法是利用重鉻酸鈉溶解度隨溫度變化不大，硫酸鈉溶解度速溫度變化大，可以利用蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾得到晶體；
（4）加入Na₂S溶液反應后，和Na₂CrO₄溶液反應生成氫氧化鉻，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，依據原子守恒書寫離子方程式；
（5）化合價升高的物質為還原劑、化合價降低的為氧化劑，鉻鐵礦加入碳酸鈉和氧氣高溫氧化，該反應中O元素化合價由0價變為-2價、Fe元素化合價由+2價變為+3價，Cr元素化合價由+3價變為+6價，根據得失電子相等配平方程式分析；
（6）鋁的還原性強于鉻，氧化鉻和鋁高溫反應生成鉻和氧化鋁；

解答 解：鉻鐵礦（主要成分是Fe（CrO₂）₂）為原料冶煉鉻及獲得強氧化劑Na₂Cr₂O₃流程：鉻鐵礦加入碳酸鈉和氧氣高溫氧化時，Fe（CrO₂）₂和碳酸鈉、氧氣反應氧化還原反應化學方程式為4Fe（CrO₂）₂+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，生成Na₂CrO₄，二氧化碳和氧化鐵，水浸過濾得到渣料氧化鐵和濾液Na₂CrO₄溶液，溶液中加入稀硫酸酸化生成重鉻酸鈉和硫酸鈉溶液，通過蒸發濃縮冷卻結晶，依據溶解度圖象分析可知，過濾得到固體a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，溶液a為重鉻酸鉀溶液，另一份Na₂CrO₄溶液中加入Na₂S發生氧化還原反應8Na₂CrO₄+6Na₂S+23H₂O═8Cr（OH）₃↓+3Na₂S₂O₃+22NaOH，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在．鉻元素生成氫氧化鉻沉淀，過濾后灼燒得到氧化鉻，利用鋁熱反應制備金屬鉻2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃ ；
（1）鈉元素顯+1價，氧元素顯-2價，設鉻元素的化合價是x，根據在化合物中正負化合價代數和為零，可得：（+1）×2+2x+（-2）×3=0，則x=+2，Cr（OH）₃的電離方程式為CrO₂^-+H⁺+H₂O?Cr（OH）₃?Cr³⁺+3OH^-，
故答案為：+2；H⁺+H₂O+CrO₂^-?Cr（OH）₃?Cr³⁺+3OH^-；
（2）鉻酸根有強氧化性，氯離子具有還原性，酸化過程中，不選用鹽酸的原因是氯離子易被氧化為氯氣，
故答案為：鉻酸根有強氧化性，把鹽酸中的氯離子氧化，生成氯氣；
（3）結合溶解度圖象分析，溶液中得到硫酸鈉晶體的方法是：利用重鉻酸鈉溶解度隨溫度變化不大，硫酸鈉溶解度速溫度變化大，可以利用蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾得到晶體，
故答案為：蒸發濃縮；冷卻結晶；
（4）加入Na₂S溶液反應后，和Na₂CrO₄溶液反應生成氫氧化鉻，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，依據原子守恒書寫離子方程式為，6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃+22OH^-，
故答案為：6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃↓+22OH^-；
（5）鉻鐵礦加入碳酸鈉和氧氣高溫氧化時，O元素化合價由0價變為-2價、Fe元素化合價由+2價變為+3價，Cr元素化合價由+3價變為+6價，Fe（CrO₂）₂和碳酸鈉、氧氣反應氧化還原反應化學方程式為4Fe（CrO₂）₂+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為7：4，
故答案為：7：4；
（6）氧化鉻和鋁高溫反應生成鉻和氧化鋁，反應的化學方程式為：2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr，
故答案為：2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr．

點評 本題考查了物質分離提純的方法和過程分析判斷，主要是物質溶解性、氧化還原反應產物的分析應用，離子方程式書寫方法等，掌握分析流程的方法和基礎知識是關鍵，題目難度中等．