Question

12．重铬酸盐广泛用作氧化剂、皮革制作等．以铬矿石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为原料制取重铬酸钠的流程如下：

请回答下列问题：
（1）高温焙烧后粉碎的目的是增大接触面积，提高水浸效率，调节pH时形成的沉淀的成分是H₂SiO₃、Al（OH）₃．
（2）Cr₂O₃在高温焙烧时反应的化学方程式为2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂，Na₂CrO₄转化Na₂Cr₂O₇为的离子方程式为2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O
（3）已知K_SP[Al（OH）₃]=2×10^-33，$\root{3}{0.2}$=0.58，要使Al³⁺沉淀完全，则溶液中的c（H⁺）最大不应超过1.7×10^-5mol/L．
（4）某铬矿石10.4t，按上述方法转化制得了10.218t的Na₂Cr₂O₇，假设上述转化过程中，铬元素的损失忽视不计，则该矿石中铬元素的质量分数为57%．

Answer 1

分析 以铬矿石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为原料，加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应，水浸过滤分离，滤液为Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaAlO₂的溶液，过滤得到滤渣为氧化铁，调节溶液pH是硅酸根、偏铝酸根转化为硅酸、氢氧化铝沉淀，再过滤除去，得到Na₂CrO₄溶液，滤液中加入硫酸酸化生成重铬酸钠溶液，再经过加热浓缩、冷却结晶、过滤等操作得到重铬酸钠．
（1）增大接触面积，提高水浸效率；SiO₃^2-、AlO₂^-易与酸反应生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀；
（2）铬矿石中加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应生成铬酸钠、二氧化碳；硫酸酸化使Na₂CrO₄转化为Na₂Cr₂O₇；
（3）Al³⁺沉淀完全的浓度为10^-5mol/L，根据K_SP[Al（OH）₃]=c（Al³⁺）×c³（OH^-）=2×10^-33计算c（OH^-），再根据水的离子积计算c（H⁺）；
（4）根据关系式：Cr₂O₃～Na₂Cr₂O₇计算．

解答 解：以铬矿石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为原料，加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应，水浸过滤分离，滤液为Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaAlO₂的溶液，过滤得到滤渣为氧化铁，调节溶液pH是硅酸根、偏铝酸根转化为硅酸、氢氧化铝沉淀，再过滤除去，得到Na₂CrO₄溶液，滤液中加入硫酸酸化生成重铬酸钠溶液，再经过加热浓缩、冷却结晶、过滤等操作得到重铬酸钠．
（1）高温焙烧后粉碎，增大接触面积，提高水浸效率；调节pH，Na₂SiO₃、NaAlO₂可生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀过滤除去，
故答案为：增大接触面积，提高水浸效率；H₂SiO₃、Al（OH）₃；
（2）铬矿石中加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应生成铬酸钠、二氧化碳，反应的化学方程式为2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂，在酸性环境下，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，反应离子方程式为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案为：2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂；2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（3）Al³⁺沉淀完全的浓度为10^-5mol/L，根据K_SP[Al（OH）₃]=c（Al³⁺）×c³（OH^-）=2×10^-33，可知c（OH^-）=0.58×10^-9mol/L，则c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.58×1{0}^{-9}}$mol/L=1.7×10^-5mol/L，
故答案为：1.7×10^-5；
（4）设该矿石中铬元素的质量分数为y，则：
Cr₂O₃～～～～～Na₂Cr₂O₇
152            262
10.4t×y       10.218t
所以152：262=10.4t×y：10.218t
解得y=57%，
故答案为：57%．

点评 本题考查物质制备工艺流程，涉及对操作与反应原理的分析评价、物质的分离提纯、溶度积有关计算、化学计算计算等，侧重于学生分析应用及计算能力的考查，综合性较强，题目难度中等．