Question

【題目】某工廠用一固體廢渣（主要成份為Al2O3·Cr2O3，還含有FeO、SiO2）為主要原料回收利用，生產紅礬鈉晶體(Na2Cr2O7·2H2O)，同時制備明礬（KAl(SO4)2·12H2O）。其主要工藝流程如下:

己知：NaBiO3不溶于冷水，在堿性條件下能將Cr3+氧化為CrO42-

（1）I、II 目的是___________。

（2）實驗室中操作④的名稱為 _______________。

（3）己知：Ksp[Fe(OH)3]=3.0×10-39，Ksp[Al(OH)3] = 3×10-33。當 pH =5.6 時 Cr(OH)3開始沉淀。室溫下，II中需調節溶液pH范圍為___________ (雜質離子濃度小于1×10-6mol/L視為沉淀完全)。

（4）寫出Ⅲ中發生反應的離子方程式_____________。

（5）IV中酸化是用硫酸而不用鹽酸酸化，理由是_____________ (結合化學方程式回答)。

（6）寫出溶液F和硫酸溶液反應的離子方程式 _________，若用足量二氧化碳通入F中，則生成的溶液中離子濃度關系為___________。

Answer 1

【答案】⑴ 使Fe2+轉化為Fe3+，并調整pH，使Fe3+和Al3+完全沉淀，與鉻元素完全分離

⑵蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾

⑶5.0≤pH<5.6

⑷3NaBiO3+2Cr3++7OH-+H2O = 2CrO42-+3Na++3Bi(OH)3

⑸酸性條件下CrO42-或Cr2O72-會被Cl-還原為Cr3+

⑹Cr2O72-+6Cl-+l4H+=2Cr3++3Cl2+7H2O AlO2-+4H+ = Al3++2H2O

c (K+) >c (HCO3-) >c (OH-) >c (H+) >c (CO32-)

【解析】本題考查工藝流程分析，鉻鐵礦的主要成份為Al2O3·Cr2O3，還含有FeO、SiO2，向鉻鐵礦中加入過量的硫酸，氧化鋁、氧化亞鐵和Cr2O3與硫酸反應生成硫酸鋁、硫酸亞鐵和硫酸鉻，SiO2與硫酸不反應，過濾，得到固體A為SiO2，溶液B為硫酸鋁、硫酸亞鐵和硫酸鉻的混合溶液，加入H2O2將Fe2＋氧化成Fe3＋，調節pH形成氫氧化鋁和氫氧化鐵沉淀，過濾，得到固體C為氫氧化鐵和氫氧化鋁的混合物，溶液D為硫酸鉻溶液，向固體C中加入過量的KOH溶液，得到氫氧化鐵沉淀和偏鋁酸鉀溶液，固體E為氫氧化鐵，溶液F為偏鋁酸鉀溶液，加入稀硫酸，然后蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾得到明礬；向溶液D中加入過量的NaOH溶液和NaBiO3溶液，發生氧化還原反應生成Bi(OH)3固體和Na2CrO4溶液，溶液E為Na2CrO4溶液，然后酸化得到Na2Cr2O7溶液和Na2SO4溶液，最終得到紅礬鈉晶體。

（1）根據上述分析，I、II 操作的目的是使Fe2+轉化為Fe3+，并調整pH，使Fe3+和Al3＋完全沉淀，與鉻元素完全分離 。

（2）操作④是由溶液得到晶體的過程，名稱為蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾。

（3）使Al3＋完全除去時c(OH－)3＝Ksp[Al(OH)3]÷c(Al3＋)=1×10-33÷1×10-6mol/L= 1×10-27，c(OH－)=10-9mol/L，此時溶液pH＝5.0，使Fe3＋完全除去時c(OH－)3＝Ksp[Fe(OH)3]÷c(Fe3＋)=3.0×10-39÷1×10-6mol/L= 3×10-33，c(OH－)≈1.4× 10－11mol/L，此時溶液pH≈3.1，而pH＝5.6時Cr(OH)3開始沉淀，所以調節溶液的pH范圍為5.0≤pH<5.6。

（4）NaBiO3不溶于冷水，在堿性條件下能將Cr3+氧化為CrO42-，根據得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒配平，Ⅲ中發生反應的離子方程式3NaBiO3+2Cr3++7OH-+H2O = 2CrO42-+3Na++3Bi(OH)3。

（5）因為反應Cr2O72-+6Cl-+l4H+=2Cr3++3Cl2+7H2O，酸性條件下CrO42-或Cr2O72-會被Cl-還原為Cr3+ ，所以IV中酸化是用硫酸而不用鹽酸酸化。

（6）溶液F為偏鋁酸鉀溶液，偏鋁酸鉀和硫酸反應生成硫酸鋁，反應的離子方程式為AlO2-+4H+ = Al3++2H2O。將足量二氧化碳通入偏鋁酸鉀溶液中生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鉀溶液，碳酸氫鉀是強堿弱酸鹽，HCO3-在溶液中存在水解過程和電離過程，以水解過程為主，溶液顯堿性，水解過程是微弱的，則生成的溶液中離子濃度關系為c (K+) >c (HCO3-) >c (OH-) >c (H+) >c (CO32-)。