Question

红钒钠（重铬酸钠：Na₂Cr₂O₇?2H₂O，橙红色晶体）是重要的化工原料．工业铬铁矿（FeO?Cr₂O₃，含少量Al₂O₃和SiO₂）按图1所示过程来制取红钒钠．

（1）步骤I的反应有：4FeO?Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂，生成1mol Na₂CrO₄转移的电子数为

 

mol；原料中加入CaCO₃的作用是

 

A．分解产生CaO，与某些杂质反应形成炉渣
B．分解时放出大量热量，提高煅烧温度
C．分解产生CO₂从下而上穿过，使得炉料翻滚，加快原料的煅烧氧化
（2）浸取液中含有铝和硅的化合物，步骤Ⅲ过滤前要用稀H₂SO₄将浸取液的pH调至7～8，并煮沸除去铝和硅的化合物，其离子方程式为：

 

（3）步骤Ⅳ反应为：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，平衡常数表达式为：K=

 

如图2是Na₂Cr₂O₇?2H₂O和Na₂SO₄的溶解度曲线：
（4）据此，步骤V操作的方法是：将Ⅳ所得溶液

 

（填操作），趁热过滤得到的晶体是

 

（填化学式）；然后将所得溶液

 

（填操作），得到的晶体是

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：工业铬铁矿（FeO?Cr₂O₃，含少量Al₂O₃和SiO₂），加入碳酸钙和碳酸钠煅烧氧化反应FeO?Cr₂O₃，和碳酸钠在一起作用下发生氧化还原反应，生成氧化铁，铬酸钠和二氧化碳，水浸过滤后得到Na₂CrO₄溶液，加入硫酸酸化后通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体；
（1）依据化学方程式4FeO?Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂，分析反应过程中元素化合价变化，计算电子转移总数得到；碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙和二氧化硅等杂质形成炉渣除去，同时生成的二氧化碳气体会使固体原理反应完全；
（2）步骤Ⅰ中有氧化铁生成，氧化铝、二氧化硅发生反应生成可溶性盐，据此判断步骤Ⅱ、Ⅲ中滤渣的成分；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，将pH值调低，可生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀过滤除去；
（3）依据反应方程式和平衡常数的概念书写表达式；
（4）分析图象中溶解度随温度的变化，操作是先分离出硫酸钠，再获得红矾钠，由图可知，硫酸钠的溶解度受温度影响比较大，温度高于50°C溶解度减小，所以应采取升温蒸发浓缩，结晶、过滤；红矾钠溶解度受温度影响变化是随温度升高增大，应采取蒸发浓缩，冷却结晶、过滤的方法得到．

解答： 解：（1）4FeO?Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂，反应中依据元素化合价变化分析计算，依据氧气是氧化剂，7mol氧气反应得到电子28mol，所以生成8molNa₂CrO₄转移的电子数28mol，生成1mol Na₂CrO₄转移的电子数为3.5mol；加入碳酸钙和碳酸钠煅烧氧化反应FeO?Cr₂O₃，和碳酸钠在一起作用下发生氧化还原反应，生成氧化铁，铬酸钠和二氧化碳，水浸过滤后得到Na₂CrO₄溶液，加入硫酸酸化后通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体；
A．分解产生CaO，与某些杂质反应形成炉渣，起到除杂的作用，故A符合；
B．分解时放出大量热量，提高煅烧温度分解反应是吸热反应，故B错误；
C．分解产生CO₂从下而上穿过，使得炉料翻滚，增大炉料与氧气的 接触面积加快原料的煅烧氧化，故C符合；
故答案为：3.5；AC；
（2）步骤Ⅰ中有氧化铁生成，氧化铝、二氧化硅发生反应生成可溶性盐，据此判断步骤Ⅱ、Ⅲ中滤渣的成分；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及氧化镁，副反应中生成Na₂SiO₃、NaAlO₂等杂质，将pH值调低，可生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀过滤除去；
步骤中调节pH值，生成H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀过滤除去，反应的离子方程式为：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，SiO₃^2-+2H⁺+=H₂SiO₃↓，
故答案为：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，SiO₃^2-+2H⁺+=H₂SiO₃↓；
（3）2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，反应的平衡常数K=

c(Cr2O72-)

c2(CrO42-)c2(H+)

，故答案为：

c(Cr2O72-)

c2(CrO42-)c2(H+)

；
（4）分析图象中溶解度随温度的变化，操作是先分离出硫酸钠，再获得红矾钠，由图可知，硫酸钠的溶解度受温度影响比较大，温度高于50°C溶解度减小，所以应采取升温蒸发浓缩，结晶、过滤；红矾钠溶解度受温度影响变化是随温度升高增大，应采取蒸发浓缩，冷却结晶、过滤的方法得到；步骤V操作的方法是：将Ⅳ所得溶液蒸发浓缩，趁热过滤得到硫酸钠晶体，然后将得到的滤液冷却结晶过滤得到Na₂Cr₂O₇?2H₂O，
故答案为：蒸发浓缩；Na₂SO₄；冷却结晶、过滤；Na₂Cr₂O₇?2H₂O．

点评：本题考查了物质制备的流程分析判断，物质性质和实验操作的分析应用，把握晶体析出的原理和溶解度变化特征的分析是解题关键，题目难度中等．