Question

5．以鉻鐵礦（主要成分是FeO•Cr₂O₃，含少量MgCO₃、Al₂O₃、SiO₂等）為原料制取Na₂CrO₄晶體的工藝流程如下：

已知：①+3價Cr在酸性溶液中性質穩定，當pH＞9時以CrO${\;}_{2}^{-}$形式存在且易氧化；②常溫下，部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如下：

陽離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cr3+
開始沉淀時的pH	2.7	7.6	9.0	--	--
沉淀完全時的pH	3.7	9.6	11.0	8	9（＞9溶解）

（1）寫出流程中第2次使用H₂O₂時，發生反應的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O．
（2）“調pH=8”和“調pH＞11”中間的“過濾”步驟能否省略，為什么？不能，當pH=8時Al³⁺已經完全轉化為Al（OH）₃，若不經過濾除去，當繼續加入NaOH時Al（OH）₃會溶解，引入雜質離子AlO₂^-．
（3）流程圖中從Na₂CrO₄溶液至產品中間“□”內的操作是蒸發濃縮、冷卻結晶．
（4）CrO₄^2-在酸性條件下轉化為Cr₂O₇^2-．工業上常用Fe²⁺處理酸性K₂Cr₂O₇廢水，先將Cr₂O₇^2-轉化為Cr³⁺，該反應的離子方程式為6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，再調節溶液的pH=9，使金屬離子生成沉淀而除去．

Answer 1

分析 鉻鐵礦用稀硫酸酸浸，FeO、Cr₂O₃、MgCO₃、Al₂O₃與硫酸反應加入溶液，而SiO₂不反應，過濾除去SiO₂．用H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再調節pH=8時，Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，過濾得到濾渣為Al（OH）₃和Fe（OH）₃，再調節pH=11，Mg²⁺完全沉淀被除去且Cr元素以CrO₂^-的形式存在，過濾后，向濾液中再加入過氧化氫，將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-，最后采取蒸發濃縮、冷卻結晶的方法得到Na₂CrO₄晶體，
（1）第一次加入H₂O₂是為了將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，第二次加入H₂O₂是為了將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-；
（2）“調pH=8”時沉淀成分是Al（OH）₃和Fe（OH）₃，如果不把前者除去，當繼續加入NaOH至pH=11時，Al（OH）₃會溶解，引入雜質離子AlO₂^-；
（3）Na₂CrO₄溶液得到Na₂CrO₄晶體，可以采取蒸發濃縮、冷卻結晶的方法；
（4）在酸性條件下，Fe²⁺與Cr₂O₇^2-反應生成Cr³⁺和Fe³⁺，再根據題中提供的陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH可知，調節pH使金屬離子生成沉淀而除去．

解答 解：鉻鐵礦用稀硫酸酸浸，FeO、Cr₂O₃、MgCO₃、Al₂O₃與硫酸反應加入溶液，而SiO₂不反應，過濾除去SiO₂．用H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再調節pH=8時，Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，過濾得到濾渣為Al（OH）₃和Fe（OH）₃，再調節pH=11，Mg²⁺完全沉淀被除去且Cr元素以CrO₂^-的形式存在，過濾后，向濾液中再加入過氧化氫，將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-，最后采取蒸發濃縮、冷卻結晶的方法得到Na₂CrO₄晶體，
（1）第一次加入H₂O₂是為了將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，反應離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；第二次加入H₂O₂是為了將CrO₂^-氧化為CrO₄^2-，反應離子方程式為：2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O；
（2）“調pH=8”時沉淀成分是Al（OH）₃和Fe（OH）₃，如果不把前者除去，當繼續加入NaOH至pH=11時，Al（OH）₃會溶解，引入雜質離子AlO₂^-，
故答案為：不能，當pH=8時Al³⁺已經完全轉化為Al（OH）₃，若不經過濾除去，當繼續加入NaOH時Al（OH）₃會溶解，引入雜質離子AlO₂^-；
（3）Na₂CrO₄溶液得到Na₂CrO₄晶體，可以采取蒸發濃縮、冷卻結晶的方法，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；
（4）在酸性條件下，Fe²⁺與Cr₂O₇^2-反應生成Cr³⁺和Fe³⁺，反應的離子方程式為6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，再根據題中提供的陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH可知，調節pH=9時，溶液中的金屬離子都生成沉淀而除去，
故答案為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；9．

點評 本題屬于工藝流程制備題目，考查制備原理、實驗方案評價、物質分離提純、獲取信息的能力，是對基礎知識的綜合考查，難度中等．