Question

5．工业上常用铬铁矿（有效成份为FeO•Cr₂O₃，主要杂质为SiO₂、Al₂O₃）为原料生产重铬酸钾（K₂Cr₂O₇），实验室模拟工业法用铬铁矿制重铬酸钾的主要工艺流程如图所示，涉及的主要反应是：6FeO•Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O，试回答下列问题：

（1）⑤中溶液金属阳离子的检验方法是焰色反应；
（2）步骤③被沉淀的离子为（填离子符号）SiO₃^2-，AlO₂^-；
（3）在反应器①中，二氧化硅与纯碱反应的化学方程式为：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂；
（4）烟道气中的CO₂可与H₂合成甲醇．CH₃OH、H₂的燃烧热分别为：△H=-725.5kJ/mol、△H=-285.8kJ/mol，写出工业上以CO₂、H₂合成CH₃OH的热化学方程式：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9kJ/mol；
（5）2011年云南曲靖的铬污染事件，说明含铬废渣（废水）的随意排放对人类生存环境有极大的危害．电解法是处理铬污染的一种方法，金属铁作阳极、石墨作阴极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，一段时间后产生Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀．
①写出电解法处理废水的总反应的离子方程式CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9kJ/mol；
②已知Cr（OH）₃的K_sp=6.3×10^-31，若地表水铬含量最高限值是0.1mg/L，要使溶液中c（Cr³⁺）降到符合地表水限值，须调节溶液的c（OH^-）≥$\sqrt{\frac{{6.3×{{10}^{-31}}}}{{\frac{{1×{{10}^{-4}}}}{52}}}}$；mol/L（只写计算表达式）．

Answer 1

分析 （1）钠离子、钾离子的检验方法是焰色反应；
（2）硅酸钠和偏铝酸钠易发生水解，根据水解平衡移动原理来回答；
（3）二氧化硅与碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳；
（4）利用盖斯定律计算反应热，并书写热化学方程式，甲醇和氢气的燃烧热书写其热化学方程式分别为：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根据盖斯定律，反应CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
可以看成是方程式$\frac{3}{2}$×②-①×$\frac{1}{2}$；
（5）①用Fe为阳极进行电解，总反应：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
Cr₂O₇^2-将亚铁离子氧化为铁离子反应的实质是：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，Fe³⁺、Cr³⁺结合氢氧根离子最终转化为Fe（OH）₃、Cr（OH）₃沉淀，把以上方程式加合可得电解法处理废水的总反应的离子方程式6Fe+Cr₂O₇^2-+2H⁺+17H₂O=6Fe（OH）₃↓+2Cr（OH）₃↓+6H₂↑；
②根据Cr（OH）₃的K_sp=6.3×10^-31=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）计算．

解答 解：（1）⑤中溶液金属阳离子为钠离子、钾离子，检验方法是焰色反应，
故答案为：焰色反应；
（2）由于硅酸钠和偏铝酸钠在溶液中发生水解，SiO₃^2-+H₂O?HSiO₃^-+OH^-、HSiO₃^-+H₂O?H₂SiO₃+OH^-、AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，降低pH有利于水解平衡向正反应方向移动，当pH调到7～8时能使它们完全水解生成沉淀，
故答案为：SiO₃^2-，AlO₂^-；
（3）二氧化硅与碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳，该反应为SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂，
故答案为：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂；
（4）甲醇和氢气的燃烧热书写其热化学方程式分别为：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根据盖斯定律，反应CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
可以看成是方程式$\frac{3}{2}$×②-①×$\frac{1}{2}$；所以△H=×（-571.6kJ/mol）-（-1451kJ/mol）×$\frac{1}{2}$=-131.9kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9kJ/mol；
（5）①用Fe为阳极进行电解，总反应：$\frac{3}{2}$H₂↑；
Cr₂O₇^2-具有强氧化性，可以将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为2Cr³⁺，反应的实质是：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，Cr₂O₇^2-与Fe²⁺反应的过程中，都将消耗大量的H⁺，使溶液pH上升，促使Fe³⁺、Cr³⁺结合氢氧根离子最终转化为Fe（OH）₃、Cr（OH）₃沉淀，综上可得：电解法处理废水的总反应的离子方程式6Fe+Cr₂O₇^2-+2H⁺+17H₂O=6Fe（OH）₃↓+2Cr（OH）₃↓+6H₂↑，故答案为：6Fe+Cr₂O₇^2-+2H⁺+17H₂O=6Fe（OH）₃↓+2Cr（OH）₃↓+6H₂↑；
②，若地表水铬含量最高限值是0.1mg/L，换算成物质的量浓度c（Cr³⁺）=$\frac{1×1{0}^{-4}}{52}$mol/L，要使溶液中c（Cr³⁺）降到符合地表水限值，已知Cr（OH）₃的K_sp=6.3×10^-31=c（Cr³⁺）×c³（OH^-），须调节溶液的c（OH^-）≥$\sqrt{\frac{{6.3×{{10}^{-31}}}}{{\frac{{1×{{10}^{-4}}}}{52}}}}$mol/L，故答案为：$\sqrt{\frac{{6.3×{{10}^{-31}}}}{{\frac{{1×{{10}^{-4}}}}{52}}}}$．

点评 本题考查较为综合，涉及氧化还原反应、电解原理、盖斯定律、化学计算、物质检验等知识点，需要学生具备扎实的基础知识，平时注意培养分析和解决问题的能力，题目难度中等．