Question

18．鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有SiO₂、Al₂O₃等雜質，以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇）的過程如圖所示：

已知：
①NaFeO₂在水溶液中強烈水解生成對應的氫氧化物．
②2CrO${\;}_{4}^{2-}$+2H⁺?Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$+H₂O
（1）完成煅燒過程中鉻鐵礦發生的主要反應的化學方程式：4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂上述反應中每熔化1mol FeO•Cr₂O₃，轉移的電子數為4.214×10²⁴
（2）浸出液的成分除Na₂CrO₄、NaOH外，還含有NaAlO₂、Na₂SiO₃（寫化學式，下同），濾渣1的成分是Fe（OH）₃．
（3）調節浸出液pH所加的試劑a是H₂SO₄（寫化學式）．
（4）該流程中用了兩步調節pH，若合并成一步調pH，酸性過強，產品Na₂Cr₂O₇晶體中可能含有較多雜質，用離子方程式說明引入該雜質的原因AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O．

Answer 1

分析 鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有SiO₂、Al₂O₃等雜質，將鉻鐵礦和氫氧化鈉、空氣混合焙燒，發生反應得到Na₂CrO₄、NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃、NaFeO₂，然后水浸、過濾得到濾渣1和浸出液，浸出液中溶質是Na₂CrO₄、NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃，根據信息①知，濾渣1為Fe（OH）₃，在浸出液中加入試劑a調整人員PH，試劑a應為酸，依據流程中分離出的物質可知，加入酸為硫酸，溶液中偏鋁酸鈉、Na₂SiO₃、NaOH與硫酸溶液生成硅酸沉淀和氫氧化鋁沉淀，然后過濾得到濾液和濾渣2，濾渣2是H₂SiO₃、Al（OH）₃，濾液中含有Na₂CrO₄、和Na₂SO₄，加入硫酸繼續調節溶液的pH，根據信息②知，溶質變為Na₂Cr₂O₇，將混合溶液蒸發濃縮、冷卻結晶得到Na₂Cr₂O₇晶體，和濾液為Na₂SO₄，
（1）根據發生的反應確定固體產物成分；FeO•Cr₂O₃和氧氣發生氧化還原反應；
（2）結合題給信息確定濾渣成分，浸出液的成分除Na₂CrO₄、NaOH外，還含有NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃，NaFeO₂在水溶液中強烈水解生成對應的氫氧化物，所以濾渣1為Fe（OH）₃；
（3）上述分析可知試劑A為硫酸；
（4）酸性過強，產品Na₂Cr₂O₇晶體中可能含有鋁離子，偏鋁酸鈉和適量硫酸反應生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁會溶解于氫氧化鋁生成鋁離子．

解答 解：（1）通過以上分析知，“焙燒”后的固體產物成分除Na₂CrO₄、NaFeO₂外，還有NaAlO₂、Na₂SiO₃，鉻元素化合價+3價，鐵元素化合價為+2價，被氧氣氧化生成鉻酸鈉和NaFeO₂，鉻元素化合價變化為+6價，鐵元素化合價變化為+3價，電子轉移總數為34，據此電子守恒和原子守恒配平書寫得到焙燒過程中發生的氧化還原反應為4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂，4FeO•Cr₂O₃反應電子轉移28，每熔化1mol FeO•Cr₂O₃，轉移的電子數為$\frac{28}{4}$mol×6.02×10²³=4.214×10²⁴，
故答案為：4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂；4.214×10²⁴；
（2）浸出液中溶質是Na₂CrO₄、NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃，浸出液的成分除Na₂CrO₄、NaOH外，還含有NaAlO₂、Na₂SiO₃，NaFeO₂在水溶液中強烈水解生成對應的氫氧化物，所以濾渣1為Fe（OH）₃，
故答案為：NaAlO₂、Na₂SiO₃；Fe（OH）₃；
（3）由分析可知，流程最后分離得到硫酸鈉，加入的試劑a為硫酸，用來調節溶液PH，
故答案為：H₂SO₄ ；
（4）該流程中用了兩步調節pH，若合并成一步調pH，酸性過強，產品Na₂Cr₂O₇晶體中可能含有較多雜質，可能含有鋁離子，偏鋁酸鈉和適量硫酸反應生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁會溶解于氫氧化鋁生成鋁離子，AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+H₂O，引入該雜質的原因用離子方程式說明為：AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O，
故答案為：AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O．

點評 本題考查了物質分離提純的實驗過程分析判斷，主要是物質性質和試劑選擇、試劑反應的產物分析應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．