Question

9．以鉻鐵礦[主要成份為Fe（CrO₂）₂，含有Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂等雜質]為主要原料生產重鉻酸鈉晶體（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）的主要工藝流程如下：

（1）煅燒過程中，鉻鐵礦中的Al₂O₃與純堿反應的化學方程式為：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；
（2）酸化時發生的反應為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，若1L酸化后所得溶液中含鉻元素的質量為28.6g，CrO₄^2-有$\frac{10}{11}$轉化為Cr₂O₇^2-．
①酸化時發生反應的平衡常數K的表達式為K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）{c}^{2}（{H}^{+}）}$；
②酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=0.25mol•L^-1；
③已知：常溫時該反應的平衡常數K=10¹⁴．上述酸化后所得溶液的pH=6．
（3）根據有關國家標準，含CrO₄^2-的廢水要經化學處理，使其濃度降至5.0×10^-7 mol•L^-1以下才能排放．含CrO₄^2-的廢水處理通常有以下兩種方法．
①沉淀法：加入可溶性鋇鹽生成BaCrO₄沉淀[Ksp（BaCrO₄）=1.2×10^-10]，再加入可溶性硫酸鹽處理多余的Ba²⁺．加入可溶性鋇鹽后的廢水中Ba²⁺的濃度應不小于2.4×10^-4mol•L^-1，后續廢水處理方能達到國家排放標準．
②還原法：CrO₄^2-$→_{H+}^{綠礬}$Cr³$\stackrel{石灰水}{→}$Cr（OH）₃．寫出酸性條件下CrO₄^2-與綠礬反應的離子方程式CrO₄^2-+3Fe²⁺+8H⁺=Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據流程圖可知，煅燒過程中，鉻鐵礦中的Al₂O₃與純堿反應生成了CO₂，然后依據元素守恒配平，得化學方程式．
（2）①酸化時發生的反應為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，據此寫出K的表達式；
②根據守恒列關系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-，列式計算得n（Cr₂O₇^2-）和n（CrO₄^2-）_剩余，進而求出酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）；
③根據反應 2CrO₄^2-+2H⁺═?Cr₂O₇^2-+H₂O及平衡常數K═10¹⁴，可求出c（H+）=1.0×10^-6mol，則PH=6，
（3）①根據沉淀溶解平衡CrO₄^2-+Ba²⁺?BaCrO₄及K_sp（BaCrO₄）=C（CrO₄^2-）×C（Ba²⁺）=1.2×10^-10，可得C（Ba²⁺）；
②酸性條件下CrO₄^2-與亞鐵離子反應生成Cr³⁺和Fe³⁺、水．

解答 解：（1）根據流程圖可知，煅燒過程中，鉻鐵礦中的Al₂O₃與純堿反應生成了CO₂，然后依據元素守恒配平，得化學方程式為Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，
故答案為：Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑．
（2）①酸化時發生的反應為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，其K的表達式為K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）{c}^{2}（{H}^{+}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）{c}^{2}（{H}^{+}）}$；
②若1L酸化后所得溶液中含鉻元素的質量為28.6g，CrO₄^2-有$\frac{10}{11}$轉化為Cr₂O₇^2-，說明鉻元素有$\frac{10}{11}$轉化為Cr₂O₇^2-
根據守恒列關系式：2Cr～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-
                  2              1
           $\frac{28.6×\frac{10}{11}}{52}$ mol     n（Cr₂O₇^2-）
則n（Cr₂O₇^2-）=0.25mol，n（CrO₄^2-）_剩余=0.05mol；
則①酸化后所得溶液中c（Cr₂O₇^2-）=$\frac{n}{V}$=0.25mol•L^-1；
故答案為：0.25mol•L^-1；
③設H⁺的物質的量濃度為amol/L，
              2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O
平衡（mol/L） 0.05   a     0.25
平衡常數K=$\frac{0.25}{0.0{5}^{2}×{a}^{2}}$═10¹⁴，
則a=1.0×10^-6mol，PH=6，
故答案為：6；
（3）①CrO₄^2-+Ba²⁺?BaCrO₄
5.0×10^-7mol•L^-1 C（Ba²⁺）
K_sp（BaCrO₄）=C（CrO₄^2-）×C（Ba²⁺）=5.0×10^-7×C（Ba²⁺）=1.2×10^-10，
C（Ba²⁺）=2.4×10^-4mol/L
故答案為：2.4×10^-4；
②酸性條件下CrO₄^2-與亞鐵離子反應生成Cr³⁺和Fe³⁺、水，其反應的離子方程式為：CrO₄^2-+3Fe²⁺+8H⁺=Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O；
故答案為：CrO₄^2-+3Fe²⁺+8H⁺=Cr³⁺+3Fe³⁺+4H₂O．

點評 本題考查了物質的分離提純流程，主要考查了操作流程分析、離子檢驗、金屬的冶煉、溶度積常數的計算、方程式的書寫等，題目難度中等，側重于考查學生分析問題、解決問題能力和計算能力．