Question

18．铬是一种银白色的坚硬金属．铬的工业用途很广，主要有金属加工、电镀、制革行业，这些行业排放的废水和废气是环境中的主要污染源．请回答下面与铬有关的一些问题．

（1）工业上冶炼铬的主要步骤如图1所示：
①已知步骤II的反应方程式为：
8Na₂CrO₄+6Na₂S+23H₂O=8Cr（OH）₃↓+3Na₂S₂O₃+22NaOH
该反应中氧化剂是Na₂CrO₄（填化学式），每生成lmol Cr（OH）₃时转移电子的物质的量为3mol．
②步骤IV冶炼制铬的化学方程式为Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr．
（2）某工厂采用电解法处理含铬废水．耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，其原理示意图如图2．A为电源的正极 （填“正极”、“负极”），阳极区溶液中发生的氧化还原反应为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
（3）重铬酸铵[（NH₄）₂Cr₂O₇]是一种桔黄色结晶，可用作实验室制备纯净的N₂及Cr₂O₃等．实验室可由工业级铬酸钠（Na₂CrO₄）为原料制取重铬酸铵．实验步骤如下：
步骤1：将铬酸钠溶于适量水中，加一定量浓硫酸酸化，使铬酸钠转化为重铬酸钠．
步骤2：先将上述溶液蒸发结晶并趁热过滤，继续将得到的晶体再溶解再蒸发结晶并趁热过滤．然后将得到的滤液冷却至40℃左右进行结晶，用水洗涤，获得重铬酸钠晶体．
步骤3：将得到的重铬酸钠和氯化铵按物质的量之比1：2溶于适量的水，加热至105～110℃时让其充分反应．
①步骤1是一个可逆反应，该反应的离子方程式为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．
②（NH₄）₂Cr₂O₇受热分解制取N₂及Cr₂O₃的化学方程式为：（NH₄）₂Cr₂O₇$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cr₂O₃+N₂↑+4H₂O．
③为了测定实验制得的产品中（NH₄）₂Cr₂O₇的含量，称取样品0.140g置于锥形瓶中，加50mL水；再加入2gKI（过量）及稍过量的稀硫酸溶液，摇匀，暗处放置10min；然后加150mL蒸馏水并加入3mL 0.5%淀粉溶液；用0.1000mol/L Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃标准溶液30.00mL．则该产品中（NH₄）₂Cr₂O₇的纯度为90%．（假定杂质不参加反应，已知：Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺═2Cr³⁺+3I₂+7H₂O，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）

Answer 1

分析 （1）①8Na₂CrO₄+6Na₂S+23H₂O═8Cr（OH）₃↓+3Na₂S₂O₃+22NaOH中，Cr元素的化合价由+6价降低为+3价，生成1mol Cr（OH）₃时转移电子1mol×（6-3）；
②步骤IV中可用铝于Cr₂O₃在加热条件下制备Cr；
（2）由图可知，B端生成氢气，则B端氢离子得到电子，所以B为负极，则A为正极；阳极发生Cr₂O₇^2-、Fe²⁺的氧化还原反应，所以阳极几乎不含Cr₂O₇^2-；
（3）①酸性条件下，CrO₄^2-和氢离子反应生成Cr₂O₇^2-；
②根据反应物、生成物及反应条件书写方程式，并根据得失电子相等配平方程式；
③根据Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺═2Cr³⁺+3I₂+7H₂O，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-得关系式Cr₂O₇^2-----6S₂O₃^2-，
根据Cr₂O₇^2-和6S₂O₃^2-的关系式计算Cr₂O₇^2-的物质的量，根据原子守恒计算（NH₄）₂Cr₂O₇的质量，再根据质量分数公式计算其质量分数即可．

解答 解：（1）①8Na₂CrO₄+6Na₂S+23H₂O═8Cr（OH）₃↓+3Na₂S₂O₃+22NaOH中，Cr元素的化合价由+6价降低为+3价，则Na₂CrO₄为氧化剂，该反应中生成1mol Cr（OH）₃时转移电子1mol×（6-3）=3mol，
故答案为：Na₂CrO₄；3；
②步骤IV中可用铝于Cr₂O₃在加热条件下制备Cr，反应的方程式为Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr，
故答案为：Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr；
（2）由图可知，B端生成氢气，则B端氢离子得到电子，所以B为负极，则A为正极；阳极发生Cr₂O₇^2-、Fe²⁺的氧化还原反应，所以阳极几乎不含Cr₂O₇^2-；，则阳极的氧化还原反应为Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案为：正极；Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（3）①酸性条件下，CrO₄^2-和氢离子反应生成Cr₂O₇^2-，离子方程式为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
②在加热条件下，（NH₄）₂Cr₂O₇分解生成N₂及Cr₂O₃，同时还生成水，则该反应方程式为：（NH₄）₂Cr₂O₇$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cr₂O₃+N₂↑+4H₂O，
故答案为：（NH₄）₂Cr₂O₇$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cr₂O₃+N₂↑+4H₂O；
③根据Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺═2Cr³⁺+3I₂+7H₂O，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-得关系式Cr₂O₇^2-----6S₂O₃^2-，
设Cr₂O₇^2-的物质的量为x，
Cr₂O₇^2-----6S₂O₃^2-，
1         6
x        0.1000mol/L×0.03L
1：6=x：（0.1000mol/L×0.03L）
x=0.0005mol，
根据原子守恒得n（Cr₂O₇^2-）=n（（NH₄）₂Cr₂O₇），
则m（（NH₄）₂Cr₂O₇）=0.0005mol×252g/mol=0.126g，
其质量分数=$\frac{0.126g}{0.140g}$×100%=90%，故答案为：90%．

点评 本题以铬为载体考查了实验制备原理，涉及质量分数的计算、氧化还原反应中离子方程式的书写、电解原理等知识点，综合性较强，注意从整体上把握制备流程，明确制备原理，再结合教材基础知识分析解答，题目中信息量较大，同时考查学生信息筛选能力及加工能力，难度较大．