Question

18．工業上用重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇）結晶后的母液（含少量雜質Fe³⁺）生產重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）．工藝流程如圖1及相關物質溶解度曲線如圖2：

（1）向Na₂Cr₂O₇母液中加堿液調pH的目的是為了除去Fe³⁺，如何確定母液中Fe³⁺已除盡？取少量澄清母液于試管中，滴加少量堿液，若不產生紅褐色沉淀則母液中Fe³⁺已除盡（或向上層澄清母液繼續滴加堿液，若不產生紅褐色沉淀則母液中Fe³⁺已除盡）
（2）母液Ⅰ的溶質主要為Na₂Cr₂O₇（填化學式）；固體B主要為K₂Cr₂O₇ （填化學式）．
（3）流程中要得到母液Ⅲ和固體A的操作為蒸發濃縮、趁熱過濾，原因是減少K₂Cr₂O₇因降溫析出而損失．
（4）工業酸性廢水中含Cr₂O₇^2-離子會造成鉻污染，排放前先將Cr₂O₇^2-還原成Cr³⁺，并轉化成Cr（OH）₃除去，工業上采用的方法是向廢水中加入NaCl，以鐵為電極進行電解，同時鼓入空氣．結果溶液的pH值不斷升高，溶液由酸性轉變為堿性．
①在以上處理過程中，Cr₂O₇^2-轉化為毒性較低的Cr³⁺的離子方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
②在陰極區有Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀生成（已知K_sp Fe（OH）₃=4.0×10^-38，
K_spCr（OH）₃=6.0×10^-31）．已知電解后的溶液中c（Cr³⁺）為3×10^-5mol•L^-1，則溶液中c（Fe³⁺）為2×10^-12mol•L^-1．

Answer 1

分析 由流程可知，溶解后調節pH除去少量雜質Fe³⁺，過濾后蒸發結晶得到Na₂Cr₂O₇，然后加入KCl發生Na₂Cr₂O₇+2KCl═K₂Cr₂O₇+2NaCl，結合溶解度圖可知，低溫下K₂Cr₂O₇的溶解度較小，則冷卻結晶得到K₂Cr₂O₇，母液II蒸發濃縮只有析出NaCl（A），母液Ⅲ冷卻結晶主要得到K₂Cr₂O₇（B），以此來解答．

解答 解：由流程可知，溶解后調節pH除去少量雜質Fe³⁺，過濾后蒸發結晶得到Na₂Cr₂O₇，然后加入KCl發生Na₂Cr₂O₇+2KCl═K₂Cr₂O₇+2NaCl，結合溶解度圖可知，低溫下K₂Cr₂O₇的溶解度較小，則冷卻結晶得到K₂Cr₂O₇，母液II蒸發濃縮只有析出NaCl（A），母液Ⅲ冷卻結晶主要得到K₂Cr₂O₇（B），
（1）確定母液中Fe³⁺已除盡的方法為取少量澄清母液于試管中，滴加少量堿液，若不產生紅褐色沉淀則母液中Fe³⁺已除盡（或向上層澄清母液繼續滴加堿液，若不產生紅褐色沉淀則母液中Fe³⁺已除盡），
故答案為：取少量澄清母液于試管中，滴加少量堿液，若不產生紅褐色沉淀則母液中Fe³⁺已除盡（或向上層澄清母液繼續滴加堿液，若不產生紅褐色沉淀則母液中Fe³⁺已除盡）；
（2）由上述分析可知，母液Ⅰ的溶質主要為Na₂Cr₂O₇，固體B為K₂Cr₂O₇，故答案為：Na₂Cr₂O₇；K₂Cr₂O₇；
（3）流程中要得到母液Ⅲ和固體A的操作為蒸發濃縮、趁熱過濾，原因是減少K₂Cr₂O₇ 因降溫析出而損失，
故答案為：趁熱過濾；減少K₂Cr₂O₇ 因降溫析出而損失；
（4）①陽極上Fe失去電子生成亞鐵離子，具有還原性，則在以上處理過程中，Cr₂O₇^2-轉化為毒性較低的Cr³⁺的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
②由K_sp Fe（OH）₃=4.0×10^-38，K_spCr（OH）₃=6.0×10^-31），已知電解后的溶液中c（Cr³⁺）為3×10^-5mol•L^-1，由$\frac{c（{Fe}^{3+}）}{c（C{r}^{3+}）}=\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{Ksp[Cr（OH）_{3}]}$，則溶液中c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{6.0×1{0}^{-31}}×3×1{0}^{-5}$mol/L=2×10^-12mol/L，
故答案為：2×10^-12．

點評 本題考查混合物分離提純的綜合應用，為高頻考點，把握實驗流程中的反應、混合物分離方法為解答的關鍵，注意信息的應用及相關計算，側重分析與實驗、計算能力的綜合考查，題目難度中等．