Question

18．鉻是極硬、難熔的銀白色脆性金屬，主要用于煉鋼和電鍍．鉻的主要礦物是鉻鐵礦，其組成為Fe0．Cr₂0₃或FeCr₂O₄．煉鋼所用的鉻是由鉻鐵礦和焦炭在電爐中反應制得．較純金屬鉻的生產T藝流程如圖1所示：

回答下列問題：
（1）鉻鐵礦和焦炭在電爐中反應的化學方程式為FeCr₂O₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+2Cr+4CO↑．
（2）為加快鉻鐵礦的堿熔速率，可采取將鉻鐵礦粉碎、升高反應溫度、加速、適當增大氧氣濃度等措施（至少寫兩種措施）．
已知濾液A中含有CrO₄^2-，濾渣A可作為一種紅色顏料，其俗稱為鐵紅．請寫出鉻鐵礦氧化堿熔的化學方程式：4FeCr₂O₄+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+8CO₂+2Fe₂0₃．
（3）如不考慮可能含有的結晶水，則晶體的主要成分的化學式為Na₂Cr₂O₇．
（4）氣體B和氣體A不同，則氣體B為CO（填化學式，下同）；整個過程中可循環利用的一種物質是Na₂CO₃．
（5）純鉻可由鉻的氧化物濾渣B通過熱還原法獲得，則此處適合用作還原劑的物質為鋁（填物質名稱）．
（6）含鉻廢水常采用電解法處理，耐酸電解槽用鐵板作陰、陽極，槽中盛放含鉻廢水，原理如圖2，下列說法正確的是abd．
a．A為電源正極
b．陽極區溶液中發生的氧化還原反應為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
c．陰極區附近溶液pH降低
d．若不考慮氣體的溶解，當收集到H₂ 13.44L（標準狀況）時，有0.1mol Cr₂O₇^2-被還原．

Answer 1

分析 鉻鐵礦組成為Fe0•Cr₂0₃或FeCr₂O₄，在碳酸鈉堿熔條件下與氧氣發生氧化還原反應，亞鐵離子被氧化成氧化鐵，同時生成Na₂CrO₄和CO₂，所以氣體A為CO₂，熔渣A為Fe₂0₃、Na₂CrO₄，熔渣A溶于水后過濾得濾渣A為Fe₂0₃，濾液A為Na₂CrO₄溶液，Na₂CrO₄溶液經硫酸酸化，再濃縮結晶得晶體Na₂Cr₂O₇，與焦碳在高溫下氧化還原反應生成CO、氧化鉻和碳酸鈉，所以氣體B為CO，溶解再過濾可得濾渣B為Cr₂0₃，濾液B為Na₂CO₃溶液，生成的碳酸鈉可循環利用，含鉻廢水常采用電解法處理，耐酸電解槽用鐵板作陰、陽極，槽中盛放含鉻廢水，根據圖可知，與B相連的鐵板電極產生氫氣，所以該電極為陰極，該電極附近溶液酸性減弱，則與A相連的鐵板為陽極，在陽極上鐵放電產生亞鐵離子，亞鐵離子再還原Cr₂O₇^2-離子，根據電子得失守恒可判斷被還原的Cr₂O₇^2-的物質的量，據此答題；

解答 解：鉻鐵礦組成為Fe0•Cr₂0₃或FeCr₂O₄，在碳酸鈉堿熔條件下與氧氣發生氧化還原反應，亞鐵離子被氧化成氧化鐵，同時生成Na₂CrO₄和CO₂，所以氣體A為CO₂，熔渣A為Fe₂0₃、Na₂CrO₄，熔渣A溶于水后過濾得濾渣A為Fe₂0₃，濾液A為Na₂CrO₄溶液，Na₂CrO₄溶液經硫酸酸化，再濃縮結晶得晶體Na₂Cr₂O₇，與焦碳在高溫下氧化還原反應生成CO、氧化鉻和碳酸鈉，所以氣體B為CO，溶解再過濾可得濾渣B為Cr₂0₃，濾液B為Na₂CO₃溶液，生成的碳酸鈉可循環利用，含鉻廢水常采用電解法處理，耐酸電解槽用鐵板作陰、陽極，槽中盛放含鉻廢水，根據圖可知，與B相連的鐵板電極產生氫氣，所以該電極為陰極，該電極附近溶液酸性減弱，則與A相連的鐵板為陽極，在陽極上鐵放電產生亞鐵離子，亞鐵離子再還原Cr₂O₇^2-離子，根據電子得失守恒可判斷被還原的Cr₂O₇^2-的物質的量，
（1）鉻鐵礦和焦炭在電爐中發生氧化還原反應，可以生成鉻、鐵和一氧化碳，反應的化學方程式為FeCr₂O₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+2Cr+4CO↑，
故答案為：FeCr₂O₄+4C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+2Cr+4CO↑；
（2）根據影響反應速率的因素可知，為加快鉻鐵礦的堿熔速率，可采取的措施有將鉻鐵礦粉碎、升高反應溫度、加速、適當增大氧氣濃度等，濾渣A為氧化鐵，其俗稱為鐵紅，根據上面的分析可知，鉻鐵礦氧化堿熔的化學方程式為4FeCr₂O₄+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+8CO₂+2Fe₂0₃，
故答案為：將鉻鐵礦粉碎、升高反應溫度、加速、適當增大氧氣濃度等；鐵紅；4FeCr₂O₄+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+8CO₂+2Fe₂0₃；
（3）根據上面的分析可知，晶體的主要成分的化學式為Na₂Cr₂O₇，
故答案為：Na₂Cr₂O₇；
（4）根據上面的分析可知，氣體B為 CO，根據流程圖可知，整個過程中可循環利用的一種物質是 Na₂CO₃，
故答案為：CO；Na₂CO₃；
（5）氧化鉻通過熱還原法獲得鉻，可以通過鋁熱反應得到，則此處適合用作還原劑的物質為金屬鋁，
故答案為：鋁；
（6）a．根據圖可知，與B相連的鐵板電極產生氫氣，所以該電極為陰極，該電極附近溶液酸性減弱，則與A相連的鐵板為陽極，所以A為電源正極，故a正確；
b．在陽極上鐵放電產生亞鐵離子，亞鐵離子再還原Cr₂O₇^2-離子，所以陽極區溶液中發生的氧化還原反應為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，故b正確；
c．陰極上氫離子放電產生氫氣，所以陰極區附近溶液pH升高，故c錯誤；
d．當收集到H₂ 13.44L（標準狀況）即0.6mol時，根據電子守恒可知，能產亞鐵離子也是0.6mol，根據反應Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O可知，有0.1mol Cr₂O₇^2-被還原，故d正確；
故選abd．

點評 本題考查了物質制備流程和方案的分析判斷，物質性質的應用，題干信息的分析理解，操作步驟的注意問題和基本操作方法是解題關鍵，題目難度中等．