Question

12．铬铁矿的主要成分可表示为FeO•Cr₂O₃，还含有SiO₂、Al₂O₃等杂质，以铬铁矿为原料制备重铬酸钠（Na₂Cr₂O₇）的过程如图所示：

已知：
①NaFeO₂在水溶液中强烈水解生成对应的氢氧化物．
②2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O
（1）完成煅烧过程中铬铁矿发生的主要反应的化学方程式：4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂上述反应中每熔化1mol FeO•Cr₂O₃，转移的电子数为4.214×10²⁴
（2）浸出液的成分除Na₂CrO₄、NaOH外，还含有NaAlO₂、Na₂SiO₃（写化学式，下同），滤渣1的成分是Fe（OH）₃．
（3）调节浸出液pH所加的试剂a是H₂SO₄ （写化学式）．
（4）该流程中用了两步调节pH，若合并成一步调pH，酸性过强，产品Na₂Cr₂O₇晶体中可能含有较多杂质，用离子方程式说明引入该杂质的原因AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O．
（5）100kg铬铁矿（含FeO•Cr₂O₃ 89.6%）最多可获得Na₂Cr₂O₇•2H₂O的质量为119.2kg．
（6）用铁作阳极，碳棒作阴极电解重铬酸钠溶液，阳极电极反应式为Fe-2e^-=Fe²⁺．

Answer 1

分析 铬铁矿的主要成分可表示为FeO•Cr₂O₃，还含有SiO₂、Al₂O₃等杂质，将铬铁矿和氢氧化钠、空气混合焙烧，发生反应得到Na₂CrO₄、NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃、NaFeO₂，然后水浸、过滤得到滤渣1和浸出液，浸出液中溶质是Na₂CrO₄、NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃，根据信息①知，滤渣1为Fe（OH）₃，在浸出液中加入试剂a调整溶液PH，试剂a应为酸，依据流程中分离出的物质可知，加入酸为硫酸，溶液中偏铝酸钠、Na₂SiO₃、NaOH与硫酸溶液生成硅酸沉淀和氢氧化铝沉淀，然后过滤得到滤液和滤渣2，滤渣2是H₂SiO₃、Al（OH）₃，滤液中含有Na₂CrO₄、和Na₂SO₄，加入硫酸继续调节溶液的pH，根据信息②知，溶质变为Na₂Cr₂O₇，将混合溶液蒸发浓缩、冷却结晶得到Na₂Cr₂O₇晶体，和滤液为Na₂SO₄．
（1）根据发生的反应确定固体产物成分；FeO•Cr₂O₃和氧气发生氧化还原反应；
（2）结合题给信息确定滤渣成分，浸出液的成分除Na₂CrO₄、NaOH外，还含有NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃，NaFeO₂在水溶液中强烈水解生成对应的氢氧化物，所以滤渣1为Fe（OH）₃；
（3）上述分析可知试剂A为硫酸；
（4）酸性过强，产品Na₂Cr₂O₇晶体中可能含有铝离子，偏铝酸钠和适量硫酸反应生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝会溶解于氢氧化铝生成铝离子；
（5）依据元素守恒分析计算；
（6）阳极是活性电极时，阳极本身失电子，生成阳离子．

解答 解：（1）通过以上分析知，“焙烧”后的固体产物成分除Na₂CrO₄、NaFeO₂外，还有NaAlO₂、Na₂SiO₃，铬元素化合价+3价，铁元素化合价为+2价，被氧气氧化生成铬酸钠和NaFeO₂，铬元素化合价变化为+6价，铁元素化合价变化为+3价，电子转移总数为34，据此电子守恒和原子守恒配平书写得到焙烧过程中发生的氧化还原反应为4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂，4FeO•Cr₂O₃反应电子转移28，每熔化1mol FeO•Cr₂O₃，转移的电子数为$\frac{28}{4}$mol×6.02×10²³=4.214×10²⁴，
故答案为：4；10Na₂CO₃；8；4；10CO₂；4.214×10²⁴；
（2）浸出液中溶质是Na₂CrO₄、NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃，浸出液的成分除Na₂CrO₄、NaOH外，还含有NaAlO₂、Na₂SiO₃，NaFeO₂在水溶液中强烈水解生成对应的氢氧化物，所以滤渣1为Fe（OH）₃，
故答案为：NaAlO₂、Na₂SiO₃；Fe（OH）₃；
（3）由分析可知，流程最后分离得到硫酸钠，加入的试剂a为硫酸，用来调节溶液PH，
故答案为：H₂SO₄ ；
（4）该流程中用了两步调节pH，若合并成一步调pH，酸性过强，产品Na₂Cr₂O₇晶体中可能含有较多杂质，可能含有铝离子，偏铝酸钠和适量硫酸反应生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝会溶解于氢氧化铝生成铝离子，AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+H₂O，引入该杂质的原因用离子方程式说明为：AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O，
故答案为：AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O；
（5）100kg铬铁矿（含FeO•Cr₂O₃ 89.6%）含FeO•Cr₂O₃物质的量=$\frac{100000g×89.6%}{224g/mol}$=400mol，结合铬元素守恒，获得Na₂Cr₂O₇•2H₂O的物质的量也为400mol，最多可获得Na₂Cr₂O₇•2H₂O的质量400mol×298g/mol=119200g=119.2kg，
故答案为：119.2；
（6）在电解法除铬中，铁作阳极，阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺，
故答案为：Fe-2e^-=Fe²⁺．

点评 本题考查了以铬铁矿为原料制备重铬酸钠（Na₂Cr₂O₇）的流程，侧重考查物质分离提纯的实验过程分析判断，主要是物质性质和试剂选择、试剂反应的产物分析应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．