Question

【題目】工業上以鉻鐵礦(主要成分為FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等雜質)為主要原料生產化工原料紅礬鈉(主要成分為:Na2Cr2O7·2H2O)，其主要工藝流程如下：

查閱相關資料得知:

i.常溫下，NaBiO3不溶于水，有強氧化性，在堿性條件下能將Cr3+轉化為CrO42－，自身被還原為Bi(OH)3固體。

ii.幾種金屬離子沉淀的pH：

物質	開始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe(OH)3	2.7	3.7
Al(OH)3	3.4	4.4
Cr(OH)3	4.6	5.9
Fe(OH)2	7.5	9.7
Bi(OH)3	0.7	4.5

回答下列問題:

(1)加入過量硫酸之前先要將鉻鐵礦礦石粉碎，其目的是________________________。

(2)操作I、III、IV用到的主要玻璃儀器有玻璃棒和___________（填儀器名稱）。

(3)寫出④反應的化學方程式_____________________________________________。

(4)⑤中酸化是使CrO42－轉化為Cr2O72－寫出該反應的離子方程式_____________。

(5)將溶液H經下列操作：蒸發濃縮，__________，過濾，洗滌，干燥即得紅礬鈉。

(6)取一定質量的固體D溶解于200 mL的稀硫酸中，向所得溶液中加入5.0 mol/L的NaOH溶液，生成沉淀的物質的量（n）與加入NaOH溶液的體積（V）關系如圖所示，則稀硫酸的濃度為_________，固體D中含鐵化合物的物質的量為___________。

Answer 1

【答案】增大反應物的接觸面積，加快反應速率，提高浸出率 漏斗、燒杯 3NaBiO3 + Cr2(SO4)3+ 7NaOH+ H2O = 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 +3Bi(OH)3 2CrO42－+2H+ Cr2O72－+H2O 冷卻結晶 2.5mol·L－1 0.1mol

【解析】

(1)加入過量硫酸之前先要將鉻鐵礦礦石粉碎，其目的是增大反應物的接觸面積，加快反應速率，提高浸出率；綜上所述，本題答案是：增大反應物的接觸面積，加快反應速率，提高浸出率。

(2)操作I、III、IV均為過濾，則用到的主要玻璃儀器有玻璃棒和漏斗、燒杯；綜上所述，本題答案是：漏斗、燒杯。

(3)從流程可以看出：NaBiO3與Cr2(SO4)3在堿性環境下發生氧化還原反應，反應生成Bi(OH)3和Na2CrO4，反應的化學方程式3NaBiO3 +Cr2(SO4)3+7NaOH+ H2O = 2Na2CrO4 +3Na2SO4 +3Bi(OH)3；綜上所述，本題答案是：3NaBiO3 +Cr2(SO4)3+7NaOH+H2O = 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 +3Bi(OH)3。

(4)在酸性條件下，CrO42－可以部分轉化為Cr2O72－，反應的離子方程式：2CrO42－+2H+ Cr2O72－+H2O ；綜上所述，本題答案是：2CrO42－+2H+ Cr2O72－+H2O。

（5）從溶液中得到晶體的一般操作是：蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，洗滌，干燥；經過以上步驟就可以得到紅礬鈉；綜上所述，本題答案是：冷卻結晶。

(6)根據圖像可知加入氫氧化鈉時沒有立即產生沉淀，說明酸過量，首先發生酸堿中和，當沉淀不再發生變化時需要氫氧化鈉是180毫升，繼續加入氫氧化鈉沉淀開始減小，即氫氧化鋁開始溶解，溶解氫氧化鋁消耗的氫氧化鈉溶液體積是40毫升，則生成氫氧化鋁消耗的氫氧化鈉溶液的體積是120毫升，所以與鐵離子反應的氫氧化鈉溶液體積是60毫升，物質的量為0.06×5=0.3mol，根據方程式：Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓可知，鐵離子的量為0.1mol；根據鐵元素守恒可知，固體D中含有鐵元素的化合物FeO的物質的量為0.1mol，當沉淀達到最大值時溶液中的溶質是硫酸鈉，則根據原子守恒可知硫酸鈉的物質的量為0.2×5/2=0.5mol；則硫酸的濃度為0.5/0.2=2.5mol/L；綜上所述，本題答案是：2.5mol·L－1 ；0.1mol。