Question

化工原料紅礬鈉（重鉻酸鈉：Na₂Cr₂O₇•2H₂O)主要是以鉻鐵礦（主要成份為FeO•Cr₂O₃，還含有A1₂O₃、 SiO₂等雜質）為主要原料生產，其主要工藝流程如下：

步驟①中主要反應的化學方程式為：4FeO·Cr₂O₃＋8Na₂CO₃＋7O₂=8Na₂CrO₄＋2Fe₂O₃＋8CO₂

（1）①中反應是在回轉窯中進行，反應時需不斷攪拌，其作用是               。

（2）雜質A1₂O₃、SiO₂在①中轉化的化學反應方程式為                    。

（3）用化學平衡移動原理說明③中煮沸的作用是               （用離子方程式結合文字說明），若調節pH過低產生的影響是                    。

（4）⑤中酸化是使CrO₄^2一轉化為Cr₂O₇^2一，寫出該反應的離子方程式：                            。

（5）工業上還可用電解法制備重鉻酸鈉，其裝置示意圖如下：

陰極發生的電極反應式為：               。

陽極發生的電極反應式為：               。

 

Answer 1

【答案】

（17分）       

（1）增大反應物的接觸面積（1分），加快反應速率（1分）

（2）Al₂O₃+Na₂CO₃2NaAlO₂+CO₂↑  （2分）     SiO₂+Na₂CO₃Na₂SiO₃+CO₂↑    （2分）

（3）水解吸熱，煮沸促進AlO₂^－+2H₂OAl(OH)₃+OH^－（1分），SiO₃^2－+H₂OHSiO₃^－+OH^－（1分）水解平衡向右移動，生成氫氧化鋁、硅酸沉淀（1分）（合理即給分）

H⁺將水解生成的氫氧化鋁沉淀溶解（1分），雜質Al³⁺難與Na₂CrO₄分離（1分）（合理即給分）

（4）2CrO₄^2－+ 2H⁺Cr₂O₇^2－+ H₂O　（2分，寫=不扣分）

（5）陰極：4H₂O+4e^－=4OH^－+2H₂↑  或 2H₂O+2e^－=2OH^－+H₂↑ 

或4 H⁺+4e^－=2H₂↑    或2 H⁺+2e^－=H₂↑（2分）

陽極：2H₂O－4e^－= O₂↑+4H⁺  或 4OH^－—4e^－=O₂↑+2H₂O  （2分）

【解析】

試題分析：（1）①中固體反應物與空氣中的氧氣發生反應時，不斷攪拌能增大反應物的接觸面積，加快反應速率；（2）氧化鋁是兩性氧化物，二氧化硅是酸性氧化物，都能與NaOH反應生成鹽和水，則Al₂O₃+Na₂CO₃2NaAlO₂+CO₂↑、SiO₂+Na₂CO₃Na₂SiO₃+CO₂↑；（3）由于①中除雜試劑一定過量，則氧化煅燒、冷卻、溶解后所得濾渣的主要成分是氧化鐵等難溶物，濾液中主要成分是鉻酸鈉、偏鋁酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉，由于酸性：碳酸>硅酸>氫氧化鋁，則水解程度：偏鋁酸鈉>硅酸鈉>碳酸鈉，因為它們的水解反應是吸熱反應，則③中煮沸的作用是促進AlO₂^－+2H₂OAl(OH)₃+OH^－、SiO₃^2－+H₂OHSiO₃^－+OH^－或SiO₃^2－+2H₂OH₂SiO₃^－+2OH^－水解平衡向右移動，生成氫氧化鋁、硅酸沉淀，即成為濾渣2的主要成分；若調節pH過低，酸性過強，由于氫氧化鋁是兩性氫氧化物，則H⁺將水解生成的氫氧化鋁沉淀溶解，雜質Al³⁺難與Na₂CrO₄分離；（4）④的濾液的主要成分是鉻酸鈉、碳酸鈉，則⑤酸化的原理是鉻酸鈉、碳酸鈉分別與硫酸反應，生成重鉻酸鈉、硫酸鈉等，則2CrO₄^2－+ 2H⁺Cr₂O₇^2－+ H₂O，加入硫酸能增大氫離子濃度，使該反應的平衡右移，將鉻酸鈉轉化為重鉻酸鈉；（5）讀圖，與負極相連的不銹鋼是陰極，陽離子移向陰極，氫離子比鈉離子容易得到電子，則陰極反應式為2 H⁺+2e^－=H₂↑或4 H⁺+4e^－=2H₂↑或2H₂O+2e^－=2OH^－+H₂↑或4H₂O+4e^－=4OH^－+2H₂↑；與正極相連的惰性電極為陽極，陰離子移向陽極，氫氧根離子比鉻酸根離子容易失去電子，則陽極反應式為4OH^－—4e^－=O₂↑+2H₂O或2H₂O－4e^－= O₂↑+4H⁺，則陽極附近溶液的pH減小，使平2CrO₄^2－+ 2H⁺Cr₂O₇^2－+ H₂O衡右移，將鉻酸鈉轉化為重鉻酸鈉。

考點：考查有關物質制備的化學工藝流程，涉及解釋攪拌的作用、化學方程式、解釋原因、離子方程式、陰極反應式、陽極反應式等。