Question

【題目】鉻元素的+6價化合物毒性較大，不能隨意排放。某化工廠以鉻渣(含有Na2SO4及少量Cr2O72－、Fe3+)為原料提取硫酸鈉，同時制備金屬鉻的工藝流程如下：

已知：Fe3+完全沉淀[c(Fe3+)≤1.0×10－5mol·L－1時pH為3.6。

回答下列問題：

(1)濾渣A的主要成分為___________。

(2)根據右圖信息，操作B包含蒸發結晶和___________。

(3)酸化后的Cr2O72-可被SO32-還原，該反應中若有0.5mol Cr2O72－被還原為Cr3+，則消耗SO32－的物質的量為___________mol。

(4)將重鉻酸鈉與濃硫酸加熱熔融反應、再分離除去硫酸氫鈉可以制得工業用粗化液的主要成分CrO3(鉻酐)，寫出該反應的化學方程式______________________。

(5)通過兩步反應可以實現Cr(OH)3轉化為Cr，若第一步反應為2Cr(OH)3Cr2O3+3H2O；第二步反應利用了鋁熱反應原理，則該反應方程式為___________。

(6)利用如圖裝置，探究鉻和鐵的活潑性強弱。能證明鐵比鉻活潑的實驗現象是______________________。工業上，在鋼器具表面鍍鉻以增強器具的抗腐蝕性能，用硫酸鉻[Cr2(SO4)3]溶液作電解液，陰極的電極反應式為______________________。

Answer 1

【答案】Fe(OH)3 趁熱過濾 1.5mol Na2Cr2O7+2H2SO4(濃) 2NaHSO4+2CrO3+H2O Cr2O3+2Al Al2O3+2Cr Cr電極上產生氣泡，溶液顏色變為淺綠色 Cr3++3e-=Cr

【解析】

(1)加入NaOH至溶液的pH=3.6時Fe3+形成Fe(OH)3沉淀進入濾渣A中；

(2)根據物質的溶解度與溫度變化關系采用高溫過濾分離Na2SO4、Na2Cr2O7；

(3)根據在溶液中 Cr2O72-、SO32-發生氧化還原反應，電子得失數目相等計算；

(4)重鉻酸鈉與濃硫酸在加熱時反應產生硫酸氫鈉、CrO3和水，根據原子守恒配平方程式；

(5)Cr2O3與Al在高溫下發生置換反應，產生Cr與Al2O3，根據電子守恒、原子守恒配平方程式；

(6)利用原電池反應原理，比較金屬的活潑性，活動性強的為負極，失去電子，發生氧化反應；活動性弱的為正極，正極上發生還原反應；在電鍍時，鍍件鋼器具作陰極，發生還原反應。

(1)鉻渣中含有Na2SO4及少量Cr2O72－、Fe3+，先水浸，然后向其中加入稀的NaOH溶液，調整pH=3.6，這時Fe3+完全轉化為Fe(OH)3沉淀進入濾渣A中，故濾渣A主要成分是Fe(OH)3；

(2)將濾渣A過濾除去后溶液中含有Na2SO4、Na2Cr2O7，將溶液蒸發濃縮，根據物質的溶解度曲線可知：Na2Cr2O7的溶解度隨溫度的升高而增大，Na2SO410H2O的溶解度先是隨溫度的升高而增大，當溫度接近50℃時，Na2SO4的溶解度隨溫度的升高而減小，趁熱過濾，就可以使Na2SO4過濾除去，得到的母液中主要含有Na2Cr2O7；因此操作是蒸發濃縮、趁熱過濾；

(3)酸化后的Cr2O72-可被SO32-還原，根據電子得失數目相等可知，若該反應中有0.5mol Cr2O72－被還原為Cr3+，轉移電子的物質的量為n(e-)=0.5mol×2×(6-3)=3mol，由于SO32-被氧化為SO42-，每1mol SO32-失去2mol電子，所以消耗SO32－的物質的量n(SO32-)=3mol÷2=1.5mol；

(4)重鉻酸鈉與濃硫酸在加熱時反應產生硫酸氫鈉、CrO3和水，根據反應前后各種元素的原子守恒，可得反應方程式：Na2Cr2O7+2H2SO4(濃)2NaHSO4+2CrO3+H2O；

(5)Cr2O3與Al在高溫下發生置換反應，產生Cr與Al2O3，根據電子守恒、原子守恒配平方程式為：Cr2O3+2Al Al2O3+2Cr；

(6)若要利用原電池反應原理，證明鐵比鉻活潑，可以將二者連接起來，放入稀H2SO4中，在Fe電極上發生反應：Fe-2e-=Fe2+，進入溶液，使溶液變為淺綠色；電子經過導線轉移至金屬Cr上，溶液中的H+在Cr上獲得電子，發生還原反應：2H++2e-=H2↑，在Cr電極上有許多氣泡產生。因此看到實驗現象是：溶液顏色變為淺綠色，同時在Cr電極上有許多氣泡產生；在鋼器具表面鍍鉻，要使鋼器具與外接電源的負極連接，作陰極，發生還原反應：Cr3++3e-=Cr，使鋼鐵表面覆蓋一層金屬鉻，抗腐蝕能力大大增強。