Question

19．电镀污泥主要含有Cr₂O₃、NiO和Fe₂O₃等物质，可制备Na₂Cr₂O₇溶液和NiSO₄•6H₂O晶体，实现有害物质的资源化利用．已知黄钠铁矾[NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆]是一种浅黄色的难溶物，具有沉淀颗粒大、沉降速率快、容易过滤的特点．

（1）焙烧时Cr₂O₃被氧化为Na₂CrO₄，该反应的化学方程式为2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂↑．
（2）写出酸化时CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-的离子方程式：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O．
（3）①加入CaCO₃的目的是中和溶液中的酸，调节溶液pH，提高铁的去除率．溶液pH对除铁效率影响如图2所示．
则除铁时应控制溶液的pH为B（填序号）．
A．0.5～1.5     B．1.5～2.5     C．2.5～3.5
②除铁时发生反应的离子方程式为3Fe³⁺+3CaCO₃+Na⁺+5SO₄^2-+3H₂O=NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆+3CaSO₄+3CO₂↑．
③若除铁时pH稍大会生成Fe（OH）₃胶体，显著降低除铁效率，原因是生成Fe（OH）₃胶体的颗粒小、沉淀速率慢、不容易过滤等．
（4）从滤液中获取NiSO₄•6H₂O晶体的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、
干燥．

Answer 1

分析 将电镀污泥、碳酸钠和空气焙烧，发生反应2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂↑，然后水浸Na₂CrO₄溶于水、NiO和Fe₂O₃难溶于水，然后过滤得到滤液，向滤液中加入稀硫酸，发生反应2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，然后利用物质的溶解度不同分离得到硫酸钠和Na₂Cr₂O₇溶液；
向滤渣中加入稀硫酸，发生反应NiO+H₂SO₄=NiSO₄+H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，向溶液中加入CaCO₃来中和溶液中的酸，同时调节溶液的pH，根据图2知，pH为1.5-2.5时铁元素的去除率较大，根据流程图知，生成的沉淀有NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆、CaSO₄，所以去除铁元素时发生的离子反应方程式为3Fe³⁺+3CaCO₃+Na⁺+5SO₄^2-+3H₂O=NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆+3CaSO₄+3CO₂↑，然后过滤得到沉淀NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆、CaSO₄和溶液NiSO₄，然后采用蒸发浓缩、冷却结晶方法得到NiSO₄•6H₂O晶体，据此分析解答．

解答 解：将电镀污泥、碳酸钠和空气焙烧，发生反应2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂↑，然后水浸Na₂CrO₄溶于水、NiO和Fe₂O₃难溶于水，然后过滤得到滤液，向滤液中加入稀硫酸，发生反应2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，然后利用物质的溶解度不同分离得到硫酸钠和Na₂Cr₂O₇溶液；
向滤渣中加入稀硫酸，发生反应NiO+H₂SO₄=NiSO₄+H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，向溶液中加入CaCO₃来中和溶液中的酸，同时调节溶液的pH，根据图2知，pH为1.5-2.5时铁元素的去除率较大，根据流程图知，生成的沉淀有NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆、CaSO₄，所以去除铁元素时发生的离子反应方程式为3Fe³⁺+3CaCO₃+Na⁺+5SO₄^2-+3H₂O=NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆+3CaSO₄+3CO₂↑，然后过滤得到沉淀NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆、CaSO₄和溶液NiSO₄，然后采用蒸发浓缩、冷却结晶方法得到NiSO₄•6H₂O晶体，
（1）通过以上分析知，三氧化二铬和碳酸钠、氧气在高温下反应方程式为2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂↑，
故答案为：2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂↑；
（2）根据以上分析知，酸性条件下CrO₄^2-和氢离子反应生成Cr₂O₇^2-和水，离子方程式为2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O；
（3）①根据图2知，pH在0-3左右，pH越大铁元素的去除率越高，pH＞3后，pH越大铁元素的去除率减小，铁的去除率在pH为1.5-2.5时较高，故选B；
②根据以上分析知，发生的离子反应方程式为3Fe³⁺+3CaCO₃+Na⁺+5SO₄^2-+3H₂O=NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆+3CaSO₄+3CO₂↑，
故答案为：3Fe³⁺+3CaCO₃+Na⁺+5SO₄^2-+3H₂O=NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆+3CaSO₄+3CO₂↑；
③胶体颗粒小，沉淀速率慢且不容易过滤，导致除铁效率低，故答案为：生成Fe（OH）₃胶体的颗粒小、沉淀速率慢、不容易过滤等；
（4）从溶液中获取晶体的方法为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，蒸发浓缩增大溶液浓度，洗涤除去杂质，故答案为：蒸发浓缩；洗涤．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高考高频点，侧重考查学生对化工生产的了解，涉及物质性质、实验基本操作，明确物质反应原理是解本题关键，知道流程图中各个步骤发生的反应及操作方法，能从整体上把握分析，题目难度中等．