Question

6．工业上制取铬酸钠（Na₂CrO₄）晶体是以铬铁矿（主要成分是FeO•Cr₂O₃，含少量MgCO₃、Al₂O₃、SiO₂等）为原料，其工艺流程如下：

已知：①+3价Cr在酸性溶液中性质稳定，当pH＞9时以CrO₂^-形式存在且易氧化；
②常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下．

阳离子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cr3+
开始沉淀时的pH	2.7	7.6	9.0	--	--
沉淀完全时的pH	3.7	9.6	11.0	8（＞8溶解）	9（＞9溶解）

（1）流程中第一次过滤后滤渣的主要成分是SiO₂（填化学式），两次使用了H₂O₂进行氧化，写出第二次氧化时的反应的离子方程式2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O．
（2）如果把“调pH=8”和“调pH＞11”中间的“过滤”步骤省略，引起的后果是pH＞11时Al（OH）₃会溶解，引入杂质离子AlO₂^-，使产品不纯．
（3）流程图中“□”内的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（4）工业废水中的Na₂CrO₄遇酸时可转化为Na₂Cr₂O₇，含Cr₂O₇^2-的废水毒性较大，为了使废水的排放达标，进行如下处理：

①绿矾化学式为FeSO₄•7H₂0，反应（Ⅰ）的离子方程式为Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
②若处理后的废水中c（Cr³⁺）=3.0×10^-6mol•L^-1，则废水中c（Fe³⁺）=2×10^-13mol•L^-1．
（K_sp[Fe（OH）₃]）=4.0×10^-38，K_sp[Cr（OH）₃]=6.0×10^-31）
（5）某工厂为了测定重铬酸钠样品的纯度，称取重铬酸钠试样2.500g配成250mL溶液，取出25.00mL于碘量瓶中，加入10mL 2mol•L^-1H₂SO₄和足量碘化钠（铬的还原产物为Cr³⁺），放于暗处5min，然后加入100mL水，再加入淀粉溶液作指示剂，用0.1200mol•L^-1Na₂S₂O₃标准溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）．
①判断达到滴定终点的依据是当滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液时，溶液蓝色褪去，半分钟内不变色；
②若实验中共用去Na₂S₂O₃标准溶液40.00ml，则该工厂的重铬酸钠样品的纯度为（设整个过程中其它杂质不参与反应）83.84%．

Answer 1

分析 铬铁矿用稀硫酸酸浸，FeO、Cr₂O₃、MgCO₃、Al₂O₃与硫酸反应加入溶液，而SiO₂不反应，过滤除去SiO₂．用H₂O₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再调节pH=8时，Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，过滤得到滤渣为Al（OH）₃和Fe（OH）₃，再调节pH＞11，Mg²⁺完全沉淀被除去且Cr元素以CrO₂^-的形式存在，过滤后，向滤液中再加入过氧化氢，将CrO₂^-氧化为CrO₄^2-，最后采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法得到Na₂CrO₄晶体．
（1）流程中第一次过滤后滤渣的主要成分是SiO₂，第一次加入H₂O₂是为了将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，第二次加入H₂O₂是为了将CrO₂^-氧化为CrO₄^2-；
（2）“调pH=8”时沉淀成分是Al（OH）₃和Fe（OH）₃，如果不把前者除去，当继续加入NaOH至pH=11时，Al（OH）₃会溶解，引入杂质离子AlO₂^-；
（3）Na₂CrO₄溶液得到Na₂CrO₄晶体，可以采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法；
（4）①反应（I）Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，亚铁离子被氧化为铁离子，依据化学反应的元素化合价变化结合电子守恒、电荷守恒、原子守恒书写离子方程式；
②根据$\frac{C（F{e}^{3+}）}{C（C{r}^{3+}）}$=$\frac{{k}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{{K}_{sp}[Cr（OH）_{3}]}$，计算废水中c（Fe³⁺）；
（5）①溶液中有碘，加入淀粉溶液呈蓝色；
②根据反应的关系式计算．

解答 解：（1）铬铁矿用稀硫酸酸浸，FeO、Cr₂O₃、MgCO₃、Al₂O₃与硫酸反应加入溶液，而SiO₂不反应，过滤除去SiO₂，第一次加入H₂O₂是为了将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，反应离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；第二次加入H₂O₂是为了将CrO₂^-氧化为CrO₄^2-，反应离子方程式为：2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O，
故答案为：SiO₂；2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O；
（2）“调pH=8”时沉淀成分是Al（OH）₃和Fe（OH）₃，如果不把前者除去，当继续加入NaOH至pH=11时，Al（OH）₃会溶解，引入杂质离子AlO₂^-，
故答案为：pH＞11时Al（OH）₃会溶解，引入杂质离子AlO₂^-，使产品不纯；
（3）Na₂CrO₄溶液得到Na₂CrO₄晶体，可以采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法，涉及到的操作有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（4）①反应（I）Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，亚铁离子被氧化为铁离子，电子转移：Cr₂O₇^2-～2Cr³⁺～6e^-；6Fe²⁺～6Fe³⁺～6e^-，所以配平氧化还原反应的电子守恒，结合电荷守恒和原子守恒得到离子方程式为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
②由K_sp Fe（OH）₃=4.0×10^-38，K_spCr（OH）₃=6.0×10^-31，已知电解后的溶液中c（Cr³⁺）为3×10^-6mol•L^-1，由$\frac{C（F{e}^{3+}）}{C（C{r}^{3+}）}$=$\frac{{k}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{{K}_{sp}[Cr（OH）_{3}]}$，则溶液中c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{6.0×1{0}^{-31}}$×3×10^-6mol/L=2×10^-13mol/L，
故答案为：2×10^-13；
（5）①溶液中有碘，加入淀粉溶液呈蓝色，碘与亚硫酸钠发生氧化还原反应，当反应终点时，蓝色褪去，
故答案为：当滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液时，溶液蓝色褪去，半分钟内不变色；
②根据反应的关系式计算：
Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-
1mol         6mol
n      0.1200mol•L^-1×0.04L
n=0.0008mol，则2.5000g重铬酸钠试样中含有的重铬酸钠的质量为10×0.0008mol×262g/moL=2.096g，
所得产品的中重铬酸钠的纯度=$\frac{2.096}{2.500}$×100%=83.84%，
故答案为：83.84%．

点评 本题属于工艺流程制备题目，考查制备原理、实验方案评价、物质分离提纯、计算能力、获取信息的能力，是对基础知识的综合考查，注意（5）从氧化还原反应的角度分析，题目难度中等．