Question

重铬酸钠（Na₂Cr₂O₇）广泛用作氧化剂、鞣革剂等．以铬矿石（主要成分为Cr₂O₃，还含 有FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为原料制取重铬酸钠的流程如下：

请回答下列问题：
（1）Cr₂O₃在高温焙烧时反应的化学方程式为

 

．
（2）生产过程中，调节（含Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaAlO₂的溶液）pH的目的是

 

．
（3）某化工厂采用石墨作电极电解Na₂CrO₄溶液，实现了Na₂CrO₄转化为Na₂Cr₂O₇的生产，其原理如图所示．
①写出阳极的电极方程式：

 

；
②此生产方法和上述流程相比的优点主要有

 

．
（4）Na₂Cr₂O₇可用于测定废水的化学耗氧量（即COD，指每升水样中还原性物质被氧化所需要的O₂的质量）．现有某水样100.00mL，酸化后加入c₁mol/L的Na₂Cr₂O₇溶液V₁mL，使水中的还原性物质完全被氧化（还原产物为Cr³⁺）；再用c₂mol/L的FeSO₄溶液滴定剩余的Cr₂O₇^2-，结果消耗FeSO₄溶液V₂mL．则该水样的COD为

 

mg/L．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,电解原理,探究物质的组成或测量物质的含量

专题：基本概念与基本理论

分析：以铬矿石（主要成分是Cr₂O₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为原料，加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应生成铬酸钠，二氧化碳，水浸后过滤得到滤渣FeO，滤液为Na₂CrO₄，Na₂SiO₃，NaAlO₂；调节溶液PH沉淀硅酸跟离子和偏铝酸根离子，过滤得到滤液Na₂CrO₄，加入硫酸酸化生成重铬酸钠溶液，通过提纯得到重铬酸钠；
（1）铬矿石中加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应生成铬酸钠，二氧化碳，依据原子守恒和电子守恒配平写出化学方程式；
（2）SiO₃^2-、AlO₂^-易与酸反应生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀；
（3）①石墨电极电解Na₂CrO₄溶液，实现了Na₂CrO₄到Na₂Cr₂O₇的转化，电解池中阳极是溶液中氢氧根离子失电子生成氧气，阴极是CrO₄^2-得到电子生成Cr₂O₇^2-；
②电解法实现Na₂CrO₄转化为Na₂Cr₂O₇的生产，不引入其他杂质，产物更纯净，同时可得到副产品氢气和氢氧化钠；
（4）根据题意废水与K₂Cr₂O₇溶液发生氧化还原反应，再用Fe²⁺把多余的Cr₂O₇^2-反应：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，则与废水反应反应的K₂Cr₂O₇的物质的量=加入的K₂Cr₂O₇的物质的量-与Fe²⁺反应的K₂Cr₂O₇的物质的量，利用2K₂Cr₂O₇～3O₂可求出废水中化学耗氧量即COD；

解答： 解：（1）由图示可知Cr₂O₃在高温焙烧时生成Na₂CrO₄，发生氧化还原反应，反应的化学方程式为2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂

高温  .

4Na₂CrO₄+4CO₂，
故答案为：2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂

高温  .

4Na₂CrO₄+4CO₂；
（2）氧化铁不溶于水，铬铁矿经煅烧、水浸之后除去生成的氧化铁，副反应中生成Na₂SiO₃、NaAlO₂等杂质，调节pH，可生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀过滤除去，
故答案为：使SiO₃^2-、AlO₂^-生成H₂SiO₃ 和Al（OH）₃沉淀；
（3）①石墨电极电解Na₂CrO₄溶液，实现了Na₂CrO₄到Na₂Cr₂O₇的转化，电解池中阳极是溶液中氢氧根离子失电子生成氧气，阴极是CrO₄^2-得到电子生成Cr₂O₇^2-，阳极电极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
②电解法实现Na₂CrO₄转化为Na₂Cr₂O₇的生产，上述流程相比，不引入其他杂质，产物更纯净，同时可得到副产品氢气和氢氧化钠，
故答案为：不引入其他离子（或物质），同时副产氢气和NaOH等；
（4）样品100.00mL，酸化后加入c₁mol/L的Na₂Cr₂O₇溶液 V₁mL，使水中的还原性物质完全被氧化（Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺）；再用4mol/L的FeSO₄溶液滴定剩余的Cr₂O₇^2-，结果消耗FeSO₄溶液V₂mL，废水与K₂Cr₂O₇溶液发生氧化还原反应，再用Fe²⁺把多余的Cr₂O₇^2-反应：
    Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
     1        6
     n       C₂mol/L×V₂×10^-3L
n=

C2V2

6

×10^-3mol，
则100ml废水中，与废水反应反应的K₂Cr₂O₇的物质的量=加入的K₂Cr₂O₇的物质的量-与Fe²⁺反应的K₂Cr₂O₇的物质的量=c₁mol/L×V₁×10^-3L-

C2V2

6

×10^-3mol，
1L废水水样中被还原的K₂Cr₂O₇的物质的量=（c₁V₁-

C2V2

6

）×10^-2mol，
利用2K₂Cr₂O₇～3O₂可求出废水中化学耗氧量即COD，
                    2K₂Cr₂O₇～3O₂
                   2         3×32
     （c₁V₁-

C2V2

6

）×10^-2mol    m
m=（48c₁V₁-8c₂V₂）×10^-2g=（480c₁V₁-80c₂V₂）mg，该水样的COD为（480c₁V₁-80c₂V₂）mg/L，
故答案为：480 c₁V₁-80 c₂V₂．

点评：本题考查物质制备实验过程分析，滴定实验的计算，沉淀溶解平衡的溶度积常数计算应用，电解池中原理分析，题目难度较大，注意把握滴定原理以及实验的过程分析，掌握基础和题干信息是关键．