Question

8．重铬酸钾是工业生产和实验室的重要氧化剂，工业上常用格铁矿（主要成分为FeO•Cr₂O₃）为原料生产，实验室模拟工业法用铬铁矿制K₂Cr₂O₇的主要工艺如下，涉及的主要反应是：
6FeO•Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂0．

试回答下列问题：
（l）指出₂₄Cr在周期表中位置是第四周期第ⅥB．
（2）在反应器①中，有Na₂Cr0₄生成，同时Fe₂O₃转变为NaFeO₂，杂质SiO₂、Al₂O₃与纯碱反应转变为可溶性盐，写出氧化铝与碳酸钠反应的化学方程式：Al₂O₃+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑．NaFeO₂能强烈水解，在操作②生成沉淀而除去，写出该反应的化学方程式：NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH．
（3）操作③的目的是什么，用简要的文字说明：降低pH值有利于SiO₃^2-，AlO₂^-的水解平衡向正反应方向移动，当pH调到7～8时，使它们水解并沉淀完全．
（4）操作④中酸化时，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，写出平衡转化的离子方程式：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．
（5）K₂Cr₂O₇具有强氧化性，在稀硫酸存在的条件下，K₂Cr₂O₇能将乙醇氧化成乙酸，Cr被还原成绿色的硫酸铬[Cr₂S0₄）₃]，则该反应的化学方程式为2K₂Cr₂O₇+3C₂H₅OH+8H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃CO0H+11H₂O+2K₂SO₄．
（6）K₂Cr₂O₇易溶于水，这是工业上造成铬污染的主要原因．净化处理方法之一是将含+6价Cr的废水放入电解槽内，用铁作阳极，加人适童的NaCl进行电解：阳极区生成的Fe²⁺和Cr₂O₇^2-发生反应，生成的 Fe³⁺和Cr³⁺在阴极区与OH^-结合生成Fe（OH）_{3 ^和}Cr（OH）₃沉淀除去[已知K_spFe（OH）₃=4.0×10^-38，K_spCr（OH）₃=6.0×10^-31]．
①电解过程中NaCl的作用是增强溶液的导电能力． 
②已知电解后的溶液中c（Fe³⁺）为2.0×10^-13 mol•L^-1，则溶液中c（Cr³⁺）为3.0×10ˉ⁶mol．L^-1．

Answer 1

分析 （1）根据K元素确定₂₄Cr在周期表中的位置．
（2）Al₂O₃与纯碱反应转变为可溶性盐偏铝酸钠和二氧化碳；NaFeO₂水解生成Fe（OH）₃与NaOH．
（3）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．
（4）在酸性环境下，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，据此写出反应的化学方程式；
（5）根据化合价升降总数相等以及原子守恒来解答；
（6）①NaCl为电解质，加入适量的NaCl可增强溶液的导电能力；
②先根据KspFe（OH）₃和c（Fe³⁺）求出c（OH^-），然后再根据c（OH^-）和KspCr（OH）₃求出c（Cr³⁺）．

解答 解：（1）K元素原子序数为19，处于第四周期第1列，第四周期容纳18种元素，₂₄Cr的原子序数比K元素大5，所以₂₄Cr处于周期表中第四周期，第6列，故₂₄Cr处于周期表中第四周期第ⅥB族．故答案为：第四周期第ⅥB．
（2）Al₂O₃与纯碱反应转变为可溶性盐，生成NaAlO₂，反应的化学方程式为Al₂O₃+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，NaFeO₂水解生成Fe（OH）₃与NaOH，反应方程式为NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH，故答案为：Al₂O₃+Na₂CO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑；NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH．
（3）由于硅酸钠和偏铝酸钠在溶液中发生水解，SiO₃^2-+H₂O?HSiO₃^-+OH^-、HSiO₃^-+H₂O?H₂SiO₃+OH^-、AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，降低pH有利于水解平衡向正反应方向移动，当pH调到7～8时能使它们完全水解生成沉淀，故答案为：降低pH值有利于SiO₃^2-，AlO₂^-的水解平衡向正反应方向移动，当pH调到7～8时，使它们水解并沉淀完全．
（4）在酸性环境下，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，即2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．
（5）K₂Cr₂O₇具有强氧化性，遇到有机物（如酒精）时，乙醇被氧化成乙酸，碳的平均化合价从-2价升高到0，1个乙醇化合价变化4，K₂Cr₂O₇被还原成绿色的硫酸铬[Cr₂（SO₄）₃]，铬的化合价从+6价降低到+3价，1个CrO₃化合价变化3，两者的最小公倍数是12，再根据原子守恒得：2K₂Cr₂O₇+3C₂H₅OH+8H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃CO0H+11H₂O+2K₂SO₄，故答案为：2K₂Cr₂O₇+3C₂H₅OH+8H₂SO₄=2Cr₂（SO₄）₃+3CH₃CO0H+11H₂O+2K₂SO₄．
（6）①因NaCl为电解质，加入适量的NaCl可增强溶液的导电能力，故答案为：增强溶液的导电能力．
②溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{{K}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{4.0×1{0}^{-38}}{2.0×1{0}^{-13}}}$mol/L=$\root{3}{2.0×1{0}^{-25}}$mol/L，则溶液中c（Cr³⁺）=$\frac{{K}_{sp}[Cr（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{2.0×1{0}^{-25}}$=3.0×10ˉ⁶mol/L，故答案为：3.0×10ˉ⁶．

点评 本题考查学生对工艺流程理解、实验操作的理解、阅读题目获取信息能力、盐类水解及有关计算、电离等，难度中等，理解工艺流程是关键，需要学生具有阅读题目获取信息能力和灵活运用基础知识分析问题、解决问题能力．