Question

18．重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）俗稱紅礬鈉，在工業上有廣泛的用途．我國目前主要是以鉻鐵礦（主要成份為FeO•Cr₂O₃，還含有Al₂O₃、MgO、SiO₂等雜質）為主要原料進行生產，其主要工藝流程如下：

①中涉及的主要反應有：
主反應：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂
副反應：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Na₂SiO₃+CO₂↑、Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑
部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Mg（OH）2	Cr（OH）3
完全沉淀時溶液pH	4.7	3.7	11.2	5.6

試回答下列問題：
（1）“①”中反應是在回轉窯中進行，反應時需不斷攪拌，其作用是使反應物接觸更充分，加快反應速率．
（2）“③”中調節pH至4.7，目的是除去溶液中的AlO₂^-、SiO₃^2-．
（3）“⑤”中加硫酸酸化的目的是使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-，請寫出該平衡轉化的離子方程式：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．
（4）“⑦”中采用冷卻結晶的方法析出紅礬鈉，依據是紅礬鈉的溶解度隨溫度的降低而減�。�
（5）制取紅礬鈉后的廢水中還含有少量的CrO₄^2-，根據有關標準，含CrO₄^2-的廢水要經化學處理，使其濃度降至5.0×10^-7mol•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[K_sp（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排放標準．
②還原法：CrO₄^2-$\underset{\stackrel{綠礬}{→}}{{H}^{+}}$Cr³⁺$\stackrel{石灰水}{→}$Cr（OH）₃．綠礬還原CrO₄^2-的離子方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
用該方法處理10m³ CrO₄^2-的物質的量濃度為1.5×10^-3 mol•L^-1的廢水，至少需要綠礬（FeSO₄•7H₂O，相對分子質量為278）的質量是12.51Kg．

Answer 1

分析 以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鈉，鉻鐵礦經煅燒、水浸之后除去生成的氧化鐵，調節pH至4.7，除去溶液中的AlO₂^-、SiO₃^2-；經酸化、蒸發結晶后后可生成重鉻酸鈉，
（1）固體反應物在攪拌時可充分接觸而反應；
（2）氧化鐵不溶于水，鉻鐵礦經煅燒、水浸之后除去生成的氧化鐵，副反應中生成Na₂SiO₃、NaAlO₂等雜質；
（3）CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-，CrO₄^2-在酸性條件下與H⁺離子反應生成Cr₂O₇^2-；
（4）冷卻結晶的方法是冷卻熱飽和溶液，溶質溶解度減小析出晶體；
（5）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根據電子守恒列關系式：CrO₄^2-～3FeSO₄•7H₂O，可得FeSO₄•7H₂O的物質的量進而求質量．

解答 解：以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鈉，鉻鐵礦經煅燒、水浸之后除去生成的氧化鐵，調節pH至4.7，除去溶液中的AlO₂^-、SiO₃^2-；經酸化、蒸發結晶后后可生成重鉻酸鈉，
（1）固體反應物在攪拌時可充分接觸而加快反應速率，故答案為：使反應物接觸更充分，加快反應速率；
（2）氧化鐵不溶于水，鉻鐵礦經煅燒、水浸之后除去生成的氧化鐵，副反應中生成Na₂SiO₃、NaAlO₂等雜質，調節pH至4.7，可生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀過濾除去，
故答案為：除去溶液中的AlO₂^-、SiO₃^2-；
（3）CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-，CrO₄^2-在酸性條件下與H⁺離子反應生成Cr₂O₇^2-，該反應為可逆反應，反應的離子方程式為2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（4）冷卻結晶的方法是冷卻熱飽和溶液，溶質溶解度減小析出晶體，“⑦”中采用冷卻結晶的方法析出紅礬鈉，紅礬鈉的溶解度隨溫度的降低而減��；
故答案為：紅礬鈉的溶解度隨溫度的降低而減��；
（5）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，所以Ba²⁺的濃度應不小于2.4×10^-4mol/L，
故答案為2.4×10^-4；
②綠礬還原CrO₄^2-的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，CrO₄^2-$→_{H+}^{綠礬}$Cr³⁺，CrO₄^2-中的Cr化合價由+6價降為+3價，FeSO₄•7H₂O中鐵的化合價由+3價降為+2價，
則有：CrO₄^2-～～～～～～3FeSO₄•7H₂O
        1                   3
    10^4_L×1.5×10^-3 mol•L^-1   45mol
所以FeSO₄•7H₂O的質量為：45mol×278g/mol=12510g=12.51kg，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；12.51．

點評 本題考查了流程分析應用、沉淀溶解平衡、氧化還原反應的計算，作為反應流程題，本題思路比較清晰，題目難度中等，答題時注意對基礎知識的理解和靈活運用．