Question

【题目】铬矿是冶金、国防、化工等领域不可缺少的矿产资源，其中的铬铁矿是唯一可开采的铬矿石。工业上常用铬铁矿（主要含Fe2O3、FeO和Cr2O3,还含有MgO、Al2O3、SiO2等杂质）为原料制备重铬酸钾和三氧化二铁，其流程如图所示。

已知常见离子开始生成沉淀和沉淀完全的pH如下表所示。

请回答下列问题：

(1)铬铁矿与熔融 NaOH 和 NaCIO3的反应是在坩埚中进行的，可用作此坩埚材料的是___________.

A.镍 B.刚玉（Al2O3) C. 陶瓷 D.石英

(2)写出铬铁矿中的Cr2O3与熔融 NaOH和NaCIO3反应的化学方程式：___。由于在该过程中铁元素会大量转变为NaFeO2,所以加水的作用为__________________（用离子方程式表示）。

(3)“滤渣 2”的主要成分为_________（填化学式）。

(4)利用化学平衡移动原理解释调节pH2约至4.5的原因是；再向其中加入KC1固体，蒸发浓缩至液体表面有晶膜产生，冷却结晶，过滤得到粗重铬酸钾晶体。为获得高纯度重铬酸钾晶体，可采取___________（填操作名称）。

(5)调节pH3的范围为__________

(6)已知铬铁矿中铁、铬元素的质量比为14:13.上述流程中铁元素转化为Fe2O3的利用率为60%,提取铬元素的转化率为90%,如果得到Fe2O3的质量为32t,则可以制备K2Cr2O7的质量为______t(结果保留1位小数）。

Answer 1

【答案】A Cr2O3+4NaOH+NaClO3 Na2CrO4+NaCl+2H2O FeO2-+2H2O=OH-+Fe(OH)3↓ H2SiO3、Al(OH)3 因为存在平衡：2H++2CrO42-Cr2O72-+H2O,增大c(H+)使平衡正向移动，有利于产生Cr2O72- 3.2≦pH3<8.1 88.2

【解析】

结合题中的信息和工艺流程图，铬铁矿的Cr2O3、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2与熔融 NaOH 和 NaCIO3反应生成Na2CrO4、NaFeO2、NaAlO2、Na2SiO3，从滤渣4灼烧得三氧化二铁可知，加水，滤液1的溶质含有Na2CrO4、NaAlO2、Na2SiO3，滤渣1的成分为Fe(OH)3、MgO；滤液3里面主要含有Fe3+、Mg2+，通过调节pH3使Fe3+完全沉淀，而不Mg2+沉淀；滤液1的溶质含有Na2CrO4、NaAlO2、Na2SiO3，通过调节pH1，使NaAlO2、Na2SiO3，转化为H2SiO3、Al(OH)3；滤液2通过调节pH2使CrO42-转化为Cr2O72-；根据铬铁矿中铁、铬元素的质量比为14：13，即物质的量之比为1：1，再根据利用率可知，得到的Fe、Cr元素的物质的量之比为2：3，然后根据Fe2O3的质量计算出K2Cr2O7的质量。

（1）A．镍不与氢氧化钠反应，镍可以作此坩埚材料，A正确；

B．Al2O3能与氢氧化钠反应，故刚玉(Al2O3)不可以作此坩埚材料，B错误；

C．陶瓷的成分中含有二氧化硅，二氧化硅能与氢氧化钠反应，故陶瓷不可以作此坩埚材料，C错误；

D．石英的成分是二氧化硅，二氧化硅能与氢氧化钠反应，故陶瓷不可以作此坩埚材料，D错误；

答案选A；

（2）Cr2O3与熔融 NaOH和NaCIO3反应，被Cr2O3氧化为Na2CrO4，NaCIO3被还原为NaCI，其反应方程式为Cr2O3+4NaOH+NaClO3 Na2CrO4+NaCl+2H2O；由流程图可以看出，Fe元素在过滤后进入滤渣中，说明NaFeO2能与水反应生成Fe(OH)3，反应方程式为FeO2-+2H2O=OH-+Fe(OH)3↓；

（3）在第一步中能溶于氢氧化钠的除了 Cr2O3，还有Al2O3和SiO2，分别形成AlO2-和SiO32-，所以调节pH1的目的应该是为了出去Al元素和Si元素，故“滤渣2”的主要成分为H2SiO3、Al(OH)3；

（4）本过程的目的是为了获得重铬酸钾，所以调节pH2的目的是将CrO42-转化为Cr2O72-，存在平衡2H++2CrO42-Cr2O72-+H2O，增大c(H+)使平衡正向移动，有利于Cr2O72-的生成。从粗重铬酸钾晶体中获得高纯度重铬酸钾晶体的方法为重结晶；

（5）“滤液3”中主要存在的金属离子为Fe3+、Mg2+，为了得到Fe(OH)3沉淀而不使Mg2+沉淀，应调节pH3的范围是3.2≦pH3<8.1；

（6）铬铁矿中铁、铬元素的质量比为14：13，即物质的量之比为1：1，根据利用率可知，得到的Fe、Cr元素的物质的量之比为2：3，得到Fe2O3的质量为32t，即2×105mol，所以Cr元素的物质的量为6×105mol，即K2Cr2O7的物质的量为3×105mol，K2Cr2O7的质量为3×105mol×294g/mol=8.82×107g=88.2 t。