Question

3．过渡元素位于第四周期第ⅥB族，是一种银白色的金属，化学性质稳定．常用于金属加工，电镀等行业中．工业生产的含铬废水也是重要工业污染物之一．工业上以铬铁矿主要成分是Fe（CrO₂）₂为原料冶炼金属铬还可获得强氧化剂Na₂Cr₂O₃，其工艺流程如如图1所示：

（1）Na₂Cr₂O₃中铬元素的化合价为+2，已知Cr（OH）₃为两性氢氧化物，写出其电离方程式：H⁺+H₂O+CrO₂^-?Cr（OH）₃?Cr³⁺+3OH^-．
（2）酸化过程中，选用硫酸而不选用盐酸的原因是铬酸根有强氧化性，把盐酸中的氯离子氧化，生成氯气．
（3）固体a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，根据如图2分析操作a为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．
（4）加入Na₂S溶液充分反应后，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，写出生成S₂O₃^2-的离子方程式6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃↓+22OH^-．
（5）高温氧化时，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为7：4．
（6）写出利用铝热反应制取铬的化学方程式2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr．

Answer 1

分析 工业上常用铬铁矿（主要成分为Fe（CrO₂）₂）为原料冶炼金属铬还可获得强氧化剂Na₂Cr₂O₃流程：铬铁矿加入碳酸钠和氧气高温氧化生成Na₂CrO₄，二氧化碳和氧化铁，水浸过滤得到渣料氧化铁和滤液Na₂CrO₄溶液，溶液中加入稀硫酸酸化生成重铬酸钠和硫酸钠溶液，通过蒸发浓缩冷却结晶，依据溶解度图象分析可知，过滤得到固体a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，溶液a为重铬酸钾溶液，另一份Na₂CrO₄溶液中加入Na₂S发生氧化还原反应，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在．铬元素生成氢氧化铬沉淀，过滤后灼烧得到氧化铬，利用铝热反应制备金属铬；
（1）根据在化合物中正负化合价代数和为零，结合铬酸钠（Na₂Cr₂O₃）的化学式进行解答，Cr（OH）₃为两性氢氧化物，酸式电离出CrO₂^-和H⁺，碱式电离出铬离子和氢氧根离子；
（2）酸化过程中，不选用盐酸的原因是氯离子具有还原性易被氧化为氯气；
（3）与溶解度图象分析，得到硫酸钠晶体的方法是利用重铬酸钠溶解度随温度变化不大，硫酸钠溶解度速温度变化大，可以利用蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到晶体；
（4）加入Na₂S溶液反应后，和Na₂CrO₄溶液反应生成氢氧化铬，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，依据原子守恒书写离子方程式；
（5）化合价升高的物质为还原剂、化合价降低的为氧化剂，铬铁矿加入碳酸钠和氧气高温氧化，该反应中O元素化合价由0价变为-2价、Fe元素化合价由+2价变为+3价，Cr元素化合价由+3价变为+6价，根据得失电子相等配平方程式分析；
（6）铝的还原性强于铬，氧化铬和铝高温反应生成铬和氧化铝；

解答 解：铬铁矿（主要成分是Fe（CrO₂）₂）为原料冶炼铬及获得强氧化剂Na₂Cr₂O₃流程：铬铁矿加入碳酸钠和氧气高温氧化时，Fe（CrO₂）₂和碳酸钠、氧气反应氧化还原反应化学方程式为4Fe（CrO₂）₂+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，生成Na₂CrO₄，二氧化碳和氧化铁，水浸过滤得到渣料氧化铁和滤液Na₂CrO₄溶液，溶液中加入稀硫酸酸化生成重铬酸钠和硫酸钠溶液，通过蒸发浓缩冷却结晶，依据溶解度图象分析可知，过滤得到固体a的主要成分是Na₂SO₄•10H₂O，溶液a为重铬酸钾溶液，另一份Na₂CrO₄溶液中加入Na₂S发生氧化还原反应8Na₂CrO₄+6Na₂S+23H₂O═8Cr（OH）₃↓+3Na₂S₂O₃+22NaOH，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在．铬元素生成氢氧化铬沉淀，过滤后灼烧得到氧化铬，利用铝热反应制备金属铬2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃ ；
（1）钠元素显+1价，氧元素显-2价，设铬元素的化合价是x，根据在化合物中正负化合价代数和为零，可得：（+1）×2+2x+（-2）×3=0，则x=+2，Cr（OH）₃的电离方程式为CrO₂^-+H⁺+H₂O?Cr（OH）₃?Cr³⁺+3OH^-，
故答案为：+2；H⁺+H₂O+CrO₂^-?Cr（OH）₃?Cr³⁺+3OH^-；
（2）铬酸根有强氧化性，氯离子具有还原性，酸化过程中，不选用盐酸的原因是氯离子易被氧化为氯气，
故答案为：铬酸根有强氧化性，把盐酸中的氯离子氧化，生成氯气；
（3）结合溶解度图象分析，溶液中得到硫酸钠晶体的方法是：利用重铬酸钠溶解度随温度变化不大，硫酸钠溶解度速温度变化大，可以利用蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到晶体，
故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；
（4）加入Na₂S溶液反应后，和Na₂CrO₄溶液反应生成氢氧化铬，硫元素全部以S₂O₃^2-的形式存在，依据原子守恒书写离子方程式为，6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃+22OH^-，
故答案为：6S^2-+8CrO₄^2-+23H₂O=3S₂O₃^2-+8Cr（OH）₃↓+22OH^-；
（5）铬铁矿加入碳酸钠和氧气高温氧化时，O元素化合价由0价变为-2价、Fe元素化合价由+2价变为+3价，Cr元素化合价由+3价变为+6价，Fe（CrO₂）₂和碳酸钠、氧气反应氧化还原反应化学方程式为4Fe（CrO₂）₂+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为7：4，
故答案为：7：4；
（6）氧化铬和铝高温反应生成铬和氧化铝，反应的化学方程式为：2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr，
故答案为：2Al+Cr₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr．

点评 本题考查了物质分离提纯的方法和过程分析判断，主要是物质溶解性、氧化还原反应产物的分析应用，离子方程式书写方法等，掌握分析流程的方法和基础知识是关键，题目难度中等．