Question

【題目】重鉻酸鈉是一種用途極廣的氧化劑，工業上可以用鉻鐵礦[主要成分Fe(CrO2)2（或寫成FeO·Cr2O3），還含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等雜質]制備，同時還可回收Cr。其主要工業流程如圖所示：

已知部分物質的溶解度曲線如圖1所示。

圖1 圖2

請回答下列問題：

（1）煅燒生成Na2CrO4的化學方程式為______________________________。

（2）煅燒后的浸出液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外，還含有_________（填化學式）。

（3）調節溶液的pH所選的試劑為__________________（填名稱）。

（4）操作a的實驗步驟為 _________________________。

（5）加入Na2S溶液反應后，硫元素全部以S2O32－的形式存在，寫出生成Cr(OH)3的離子方程式__________________________________。

（6）采用石墨電極電解Na2CrO4溶液制備Na2Cr2O7，其原理如圖2所示。

①寫出電極b的電極反應方程式：___________________________________。

②測定陽極液中Na元素和Cr元素的含量，若Na元素與Cr元素的物質的量之比為n,則此時Na2CrO4的轉化率為____________。

（7）根據有關國家標準，含CrO42－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。可采用加入可溶性鋇鹽生成BaCrO4沉淀[Ksp(BaCrO4)=1.2×10－10]，再加入硫酸處理多余的Ba2+的方法處理廢水，加入可溶性鋇鹽后，廢水中Ba2+的濃度應不小于___________mol·L－1 ，廢水處理后方能達到國家排放標準。

Answer 1

【答案】4Fe(CrO2)2+7O2+8 Na2CO3=2 Fe2O3+8 Na2CrO4+8CO2 Na2SiO3、 NaAlO2 稀硫酸 發濃縮、冷卻結晶、過濾 23H2O+6S2-+ 8CrO42-= 8Cr(OH)3+ 3S2O32－+22OH-。 2H2O-4e-=O2+4H+ (2-n)100; 2.4×10－4

【解析】

根據鉻鐵礦的主要成分判斷煅燒后的產物，根據雜質的成分及除雜產生的濾渣Al(OH)3和H2SiO3進行逆推，可知浸出液除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外，還含有Na2SiO3, NaAlO2。根據電子守恒完成煅燒反應方程式；根據電池的正負極確定電解池的陰、陽極，根據氧化還原反應寫電極反應方程式。

（1）鉻鐵礦主要成分Fe(CrO2)2,還含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等雜質, 加入純堿和空氣高溫煅燒生成Na2CrO4的化學方程式為：4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3=2 Fe2O3+8 Na2CrO4+8CO2;答案：4Fe(CrO2)2+7O2+8 Na2CO3=2 Fe2O3+8 Na2CrO4+8CO2。

(2) 根據調節pH后產生濾渣Al(OH)3和H2SiO3.可知加入純堿和空氣高溫煅燒后，再加水過濾，浸出液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外應該還會有Na2SiO3、NaAlO2。答案：Na2SiO3、NaAlO2。

（3）根據酸化產物有Na2SO4可知調節溶液的pH所選的試劑為稀硫酸。答案：稀硫酸。

（4）由溶液通過操作a后混合物分離為液體a和固體a兩部分，從液體a可以提取重鉻酸鈉晶體，則固體a為硫酸鈉晶體，根據溶解度曲線可知，硫酸鈉的溶解度在較高溫度下較小，在較低溫度下也較小，故可以蒸發濃縮得到硫酸鈉的飽和溶液，再降溫結晶析出硫酸鈉晶體，所以操作a為蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾；答案：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾。

（5）加入Na2S溶液反應后，硫元素全部以S2O32－的形式存在，CrO42生成Cr(OH)3，的離子方程式：23H2O+6S2-+ 8CrO42-= 8Cr(OH)3+ 3S2O32－+22OH-。答案：23H2O+6S2-+ 8CrO42-= 8Cr(OH)3+ 3S2O32－+22OH-。

（6）①根據電池的正負極確定電解池b為陽極,電極反應方式為：2H2O-4e-=O2+4H+;答案：2H2O-4e-=O2+4H+；

②電解制備Na2Cr2O7過程的總反應方程式為Na2CrO+H2O = Na2Cr2O7+4NaOH+2H2+O2設加入反應容器內的Na2CrO4為1mol,反應過程中有xmol Na2CrO4轉化為Na2Cr2O7,則陽極區剩余Na2CrO4為(1-x)mol,對應的n(Na)=2(1-x), (1-x)mol,生成的Na2Cr2O7為x/2mol,對應的n(Na)=xmol, n(Cr)= xmol,根據: Na與Cr的物質的量之比為n,計算得出x=2-d,轉化率為(2-n)/1100=(2-n)100;答案：(2-n)100;

（7）國家標準含CrO42－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。 Ksp(BaCrO4)=，所以c(Ba2+)= Ksp(BaCrO4)/c(CrO42－)= 1.2×10－10/5.0×10－7=2.4×10－4;答案：2.4×10－4。