Question

红矾钠（重铬酸钠：Na₂Cr₂O₇?2H₂O）是重要的基础化工原料．铬常见价态有+3、+6价．铬的主要自然资源是铬铁矿FeCr₂O₄（含有Al₂O₃、MgO、SiO₂等杂质），实验室模拟工业以铬铁矿为原料生产红矾钠的主要流程如图1所示：

①中主要反应：4FeCr₂O₄+8Na₂CO₃+7O₂

高温

8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂
①中副反应：Al₂O₃+Na₂CO₃

高温

2NaAlO₂+CO₂↑，SiO₂+Na₂CO₃

高温

Na₂SiO₃+CO₂↑
请回答下列问题：
（1）FeCr₂O₄化学名为亚铬酸亚铁，写出它的氧化物形式

 

．步骤“①”的反应器材质应选用

 

（填“瓷质”、“铁质”或“石英质”）．
（2）“②”中滤渣1的成分是

 

，“③”中调pH值是

 

 （填“调高”或“调低”），“④”中 滤渣2的成分是

 

．
（3）“⑤”酸化的目的是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，写出平衡转化的离子方程式：

 

．
（4）如图2所示是Na₂Cr₂O₇?2H₂O和Na₂SO₄的溶解度曲线，则操作Ⅰ是

 

，操作Ⅱ是

 

（填序号）．
①蒸发浓缩，趁热过滤          
②降温结晶，过滤
（5）已知某铬铁矿含铬元素34%，进行步骤①～④中损失2%，步骤⑤～⑦中产率为92%，则1吨该矿石理论上可生产红矾钠

 

吨（保留2位小数）．

Answer 1

分析：（1）根据金属元素的化合价书写相应的氧化物，注意氧化物形式中Fe与Cr原子之比为1：2；
“瓷质”或“石英质”仪器都含有二氧化硅，高温下与碳酸钠反应，故性质“铁质”仪器；
（2）步骤①中有氧化铁生成，氧化铝、二氧化硅发生反应生成可溶性盐，氧化镁不反应，据此判断步骤②中滤渣1的成分；
氧化铁不溶于水，铬铁矿经煅烧、水浸之后除去生成的氧化铁及氧化镁，副反应中生成Na₂SiO₃、NaAlO₂等杂质，将pH值调低，可生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀过滤除去；
步骤“③”调节pH值，生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀过滤除去，故“④”中滤渣2的成分是H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀；
（3）酸化的目的是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，则CrO₄^2-在酸性条件下与H⁺离子反应生成Cr₂O₇^2-；
（4）操作Ⅰ是分离出硫酸钠，操作Ⅱ获得红矾钠，由图2可知，硫酸钠的溶解度受温度影响比较大，应采取降温结晶、过滤；红矾钠溶解度受温度影响变化不大，应采取蒸发结晶、过滤；
（5）令生成红矾钠x吨，根据关系式 2Cr～Na₂Cr₂O₇?2H₂O进行计算，注意各步的损失率、利用率．

解答：解：（1）FeCr₂O₄中铁元素化合价是+2价，氧化物为FeO，铬元素化合价+3价，氧化物为Cr₂O₃，FeCr₂O₄中铁铁原子与Cr原子物质的量之比为1：2，所以FeCr₂O₄写成氧化物形式为FeO?Cr₂O₃，
“瓷质”或“石英质”仪器都含有二氧化硅，高温下与碳酸钠反应，故选择“铁质”仪器，
故答案为：FeO?Cr₂O₃ ；铁质；
（2）步骤①中有氧化铁生成，氧化铝、二氧化硅发生反应生成可溶性盐，氧化镁不反应，据此判断步骤②中滤渣1的成分；
氧化铁不溶于水，铬铁矿经煅烧、水浸之后除去生成的氧化铁及氧化镁，副反应中生成Na₂SiO₃、NaAlO₂等杂质，将pH值调低，可生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀过滤除去；
步骤“③”调节pH值，生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀过滤除去，故“④”中滤渣2的成分是H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀，
故答案为：Fe₂O₃、MgO；调低；H₂SiO₃、Al（OH）₃；
（3）酸化的目的是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，则CrO₄^2-在酸性条件下与H⁺离子反应生成Cr₂O₇^2-，该反应为可逆反应，反应的离子方程式为2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（4）操作Ⅰ是分离出硫酸钠，操作Ⅱ获得红矾钠，由图2可知，硫酸钠的溶解度受温度影响比较大，应采取降温结晶、过滤；红矾钠溶解度受温度影响变化不大，应采取蒸发结晶、过滤，
故答案为：②；①；
（5）令生成红矾钠x吨，则：
      2Cr～～～～～Na₂Cr₂O₇?2H₂O
      104                  298
1吨×37%×（1-2%）×92%     x吨
所以：104：298=1吨×37%×（1-2%）×92%：x吨
解得x=0.88，
故答案为：0.88．

点评：本题考查化学工艺流程、物质的分离提纯、对操作的理解分析与评价、化学计算等，题目综合性较大，侧重对学生综合能力的考查，理解原理、掌握元素化合物性质是关键．