Question

【題目】工業上常以鉻鐵礦(主要成分為亞鉻酸亞鐵FeCr2O4，還有Al2O3、SiO2等雜質)為主要原料生產紅礬鈉(Na2Cr2O7)，某實驗小組模擬其流程如下圖所示：

(1)步驟①中，焙燒時所用的儀器材質應選用_________(填“瓷質”、“鐵質”或“石英質”)，選用該材質的原因是(結合化學方程式解釋)： _____________________________________________。

(2)配平步驟①中主要反應：

____FeCr2O4＋___O2＋___Na2CO3___Fe2O3＋___Na2CrO4＋___CO2 _____________

(3)操作④中，酸化時，CrO42－ (黃色)轉化為Cr2O72－(橙色)，寫出平衡轉化的離子方程式：____________________________________________________________。用紅礬鈉溶液進行下列實驗：

實驗過程中，①中溶液橙色加深，③中溶液變黃，對比②和④可得出結論：___________________。

(4)步驟③用硫酸將溶液的pH調至中性，所得濾渣的主要成分是__________、____________；

(5)下圖是Na2Cr2O7·2H2O和Na2SO4的溶解度曲線，步驟④中獲得固態副產品Na2SO4的實驗操作方法為____________、___________。

(6)某工廠采用電解法處理含鉻廢水，耐酸電解槽用鐵板作陰陽極，槽中盛放含鉻廢水，原理示意圖如上，若不考慮氣體的溶解，當收集到H213.44L(標準狀況下)時有 ____________mol Cr2O72-被還原，一段時間后產生Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀。若電解后溶液中c(Cr3+)=3.0×10－5mol·L－1，則c(Fe3+)=_________。(已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10－38mol·L－1，Ksp[Cr(OH)3]=6.0×10－31mol·L－1)

Answer 1

【答案】鐵質 Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ 4 7 8 2 8 8 2CrO42－+2H+Cr2O72－+H2O 紅礬鈉酸性溶液 氧化性強 H2SiO3(H4SiO4或SiO2·H2O) Al(OH)3 加熱濃縮 趁熱過濾 0.1 mol 2.0×10－12mol·L－1

【解析】

（1）焙燒時，加入純堿，Na2CO3在高溫下與SiO2發生反應，瓷質、石英成分是SiO2，因此焙燒時應選用鐵質，SiO2與Na2CO3反應的方程式為Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2；

（2）FeCr2O4中Fe顯＋2價，Cr顯＋3價，根據反應方程式為，Fe元素的化合價由＋2價→＋3價，升高1價，Cr元素的化合價由＋3價→＋6價，Cr整體升高6價，FeCr2O4整體升高7價，O2中O的化合價降低，整體降低4價，最小公倍數為28，根據原子守恒配平其他，反應方程式為4FeCr2O4＋7O2＋8Na2CO3=2Fe2O3＋8Na2CrO4＋8CO2；

（3）CrO42－溶液中存在：2CrO42－＋2H＋Cr2O72－＋H2O，酸化，加入H＋，c(H＋)增大，平衡向正反應方向進行，溶液顏色由黃色轉化為橙色；①：加入硫酸，促使平衡向正反應方向進行，①中滴加C2H5OH，溶液變成綠色，Cr元素以Cr3＋形式存在，發生氧化還原反應；紅釩鈉溶液中加入NaOH，使平衡向逆反應方向進行，滴加C2H5OH溶液，溶液不變色，沒有發生氧化還原反應，對比實驗得出結論是紅釩鈉在酸性條件下具有強氧化性；

（4）根據流程圖，反應③除去Al、Si等元素，銀此濾液1中加入硫酸發生AlO2－＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓，SiO32－＋2H＋=H2SiO3↓，濾渣成分是H2SiO3和Al(OH)3；

（5）得到Na2SO4，根據圖像，Na2SO4的溶解度隨著溫度的升高而降低，得到Na2SO4的操作方法是蒸發濃縮、冷卻結晶；

（6）根據裝置圖，B電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，A電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋，建立：H2～Fe2＋，n(Fe2＋)=13.44/22.4mol=0.6mol，根據得失電子數目守恒，n(Fe2＋)×1=n(Cr2O72－)×2×3，解得n(Cr2O72－)=0.1mol，同時產生Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，則溶液中有c(Fe3＋)/c(Cr3＋)=Ksp[Fe(OH)3]/Ksp[Cr(OH)3]，代入數值，得出：c(Fe3＋)=2.0×10－12mol·L－1。