Question

【題目】以化工廠鉻渣(含有Na2SO4及少量Cr2O72-、Fe3+)為原料提取硫酸鈉的工藝流程如下：

已知：Fe3+、Cr3+完全沉淀(c≤1.0×10-5mol·L-1)時(shí)pH分別為3.6和5。

回答下列問題：

（1）根據(jù)下圖信息，操作B的最佳方法是_______________________。

（2）“母液”中主要含有的離子為_________________。

（3）酸化后的Cr2O72-可被SO32-還原，該反應(yīng)的離子方程式為______________。

（4）酸化、還原操作時(shí)，酸C和Na2SO3溶液是____________(填“先后加入”或“混合后加入”),理由是___________________________。

（5）若pH=4.0時(shí)，溶液中Cr3+尚未開始沉淀，則溶液中允許Cr3+濃度的最大值為____________。

（6）根據(jù)2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O設(shè)計(jì)圖示裝置，以惰性電極電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7,圖中右側(cè)電極與電源的____________極相連，其電極反應(yīng)式為____________。透過交換膜的離子為____________，該離子移動(dòng)的方向?yàn)?/span>____________ (填“a→b”或“b→a”)。

Answer 1

【答案】 蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾 Na+、SO42-、Cr2O72- 3SO32-+Cr2O72-+8H+=2Cr3++3SO42-+4H2O 先后加入 避免Na2SO3與H2SO4直接反應(yīng)而降低還原效率 0.01mol/L 正極 4OH--4e-=O2↑+2H2O(或2H2O-4e-=O2↑+4H+) Na+ b→a

【解析】（1）本實(shí)驗(yàn)的目的要制備硫酸鈉晶體，根據(jù)圖示信息可知，硫酸鈉在溫度高時(shí)，溶解度降低，因此可以采用蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾操作方法得到晶體；正確答案：蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾。

（2）根據(jù)流程看出，調(diào)節(jié)溶液的pH約為3.6時(shí)，鐵離子已經(jīng)沉淀，過濾后濾液中剩余的主要離子有Na+、SO42-、Cr2O72- ；正確答案：Na+、SO42-、Cr2O72-。

（3）酸化后的Cr2O72-可被SO32-還原為Cr3+，SO32-被氧化為SO42-，該反應(yīng)的離子方程式為3SO32-+Cr2O72-+8H+=2Cr3++3SO42-+4H2O；正確答案：3SO32-+Cr2O72-+8H+=2Cr3++3SO42-+4H2O。

（4）Na2SO3能夠與硫酸反應(yīng)生成二氧化硫，導(dǎo)致亞硫酸酸根濃度減小，還原效率降低；所以還原操作時(shí)，酸C和Na2SO3溶液是先后加入，避免Na2SO3與H2SO4直接反應(yīng)；正確答案：先后加入；免Na2SO3與H2SO4直接反應(yīng)而降低還原效率。

（5）Cr3+完全沉淀(c≤1.0×10-5mol·L-1)時(shí)，pH=5，所以Ksp=c3（OH-）×c(Cr3+)=（10-9）3×1.0×10-5=10-32；若pH=4.0時(shí)，c(H+)=10-4mol/L c(OH-)=10-10mol/L,根據(jù)Ksp=c3（OH-）×c(Cr3+)=（10-10）3×c(Cr3+)=10-32，c(Cr3+)= 0.01mol/L，因此溶液中Cr3+尚未開始沉淀，則溶液中允許Cr3+濃度的最大值為0.01mol/L ；正確答案：0.01mol/L。

（6）根據(jù)2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O反應(yīng)可知：右側(cè)b內(nèi)溶液中氫離子濃度增大，平衡右移，說明溶液中氫氧根離子失電子變?yōu)檠鯕?/span>，發(fā)生氧化反應(yīng)，該極為陽極，與電源的正極相連接，因此圖中右側(cè)電極與電源的正極相連；其電極反應(yīng)式為4OH--4e-=O2↑+2H2O；根據(jù)圖示可知透過交換膜的離子為Na+；鈉離子向陰極移動(dòng)，即向電解池的左側(cè)a方向移動(dòng)，即b→a；正確答案: 正極；4OH--4e-=O2↑+2H2O(或2H2O-4e-=O2↑+4H+)；Na+；b→a。