Question

17．以鉻鐵礦（主要成分FeO•Cr₂O₃，含有少量SiO₂等）為原料制取鉻酸鈉晶體（Na₂CrO₄）工藝流程如圖所示．
已知：①酸性溶液中Cr的+6價易被還原為+3價；當pH＞9時Cr以CrO^2-形式存在且易被氧化；
②常溫下，部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如下：

陽離子	Fe3+	Fe2+	Cr3+
開始沉淀時的pH	2.7	7.6
沉淀完全的pH	3.7	9.6	9（＞9）溶解

（1）濾渣a的主要成分的化學式是SiO₂；操作X用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、和漏斗．
（2）第④步得到產品涉及到的操作有蒸發濃縮、降溫結晶、過濾、洗滌等．
（3）第①步反應的離子方程式是FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、Cr₂O₃+6H⁺=2Cr³⁺+3H₂O，第②步產生濾渣b的原因是Fe³⁺水解生成氫氧化鐵沉淀．
（4）已知：1molAl完全燃燒放熱a KJ，1mol Fe完全燃燒生成Fe₃O₄放熱b KJ，寫出Al與Fe₃O₄發生鋁熱反應的熱化學方程式8Al（s）+3Fe₃O₄ （s）=9Fe（s）+4Al₂O₃ （s），△H=（8a-9b）kJ/mol．
（5）若現有224kg鉻鐵礦（其中含FeO•Cr₂O₃ 50%），按上述流程最多可以得到Na₂CrO₄產品的質量是189kg（假設每步均恰好完全轉化）．

Answer 1

分析 鉻鐵礦用稀硫酸酸浸，FeO、Cr₂O₃與硫酸反應加入溶液，而SiO₂不反應，操作X為過濾，過濾得濾渣a為SiO₂，濾液b中含有Cr³⁺、Fe²⁺，用Na₂Cr₂O₇將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再調節pH=4時，Fe³⁺完全沉淀，過濾得到濾渣b為Fe（OH）₃，濾液b中含有Cr³⁺，向濾液中再加入過氧化鈉，將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-，調節pH值，最后采取蒸發濃縮、冷卻結晶的方法得到Na₂CrO₄晶體，據此答題．

解答 解：鉻鐵礦用稀硫酸酸浸，FeO、Cr₂O₃與硫酸反應加入溶液，而SiO₂不反應，操作X為過濾，過濾得濾渣a為SiO₂，濾液b中含有Cr³⁺、Fe²⁺，用Na₂Cr₂O₇將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再調節pH=4時，Fe³⁺完全沉淀，過濾得到濾渣b為Fe（OH）₃，濾液b中含有Cr³⁺，向濾液中再加入過氧化鈉，將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-，調節pH值，最后采取蒸發濃縮、冷卻結晶的方法得到Na₂CrO₄晶體，
（1）根據上面的分析可知，濾渣a的主要成分的化學式是 SiO₂，操作X為過濾，用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和漏斗，
故答案為：SiO₂；漏斗；
（2）第④步是從Na₂CrO₄溶液中得Na₂CrO₄晶體，涉及到的操作有蒸發濃縮、降溫結晶、過濾、洗滌等，
故答案為：降溫結晶；
（3）鉻鐵礦用稀硫酸酸浸，FeO、Cr₂O₃與硫酸反應生成Cr³⁺、Fe²⁺，反應的離子方程式是FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、Cr₂O₃+6H⁺=2Cr³⁺+3H₂O，第②步溶液pH值調到4，Fe³⁺水解生成氫氧化鐵沉淀，即為濾渣b，
故答案為：FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、Cr₂O₃+6H⁺=2Cr³⁺+3H₂O；Fe³⁺水解生成氫氧化鐵沉淀；
（4）已知：1molAl完全燃燒放熱a KJ，熱化學方程式為①4Al（s）+3O₂（g）=2Al₂O₃ （s），△H=4akJ/mol，1mol Fe完全燃燒生成Fe₃O₄放熱b KJ，熱化學方程式為 ②3Fe（s）+2O₂（g）=Fe₃O₄ （s），△H=3bkJ/mol，將①×2-②×3得Al與Fe₃O₄發生鋁熱反應的熱化學方程式8Al（s）+3Fe₃O₄ （s）=9Fe（s）+4Al₂O₃ （s），△H=（8a-9b）kJ/mol，
故答案為：8Al（s）+3Fe₃O₄ （s）=9Fe（s）+4Al₂O₃ （s），△H=（8a-9b）kJ/mol；
（5）若現有224kg鉻鐵礦（其中含FeO•Cr₂O₃ 50%），則FeO的質量為$\frac{56+16}{56+16+2×52+16×3}$×50%×224kg=36kg，按上述流程Na₂Cr₂O₇將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，有Na₂Cr₂O₇～6Fe²⁺～2Cr³⁺，所以生成Cr³⁺的物質的量為$\frac{36×1{0}^{3}}{72}×\frac{1}{3}$mol=$\frac{500}{3}$mol，鉻鐵礦中生成Cr³⁺的物質的量為$\frac{224×1{0}^{3}×50%}{56+16+2×52+16×3}×2$mol=1000mol，所以得到Na₂CrO₄的物質的量為$\frac{500}{3}$mol+1000mol，Na₂CrO₄的質量是（$\frac{500}{3}$mol+1000mol）×162g=189kg，
故答案為：189．

點評 本題屬于工藝流程制備題目，考查制備原理、實驗方案評價、物質分離提純、獲取信息的能力，是對基礎知識的綜合考查，難度中等．