Question

以铬铁矿（主要成分是FeO?Cr₂O₃，含少量MgCO₃、Al₂O₃、SiO₂等）为原料制取铬酸钠（Na₂CrO₄）晶体的工艺流程如下：

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	9（＞9溶解）

（1）流程中两次使用了H₂O₂，分别写出反应的离子方程式：

 

、

 

．
（2）加入NaOH调节溶液的pH=8时，被除去的离子是

 

；调节溶液的pH＞11时，被除去的离子是

 

．
（3）“调pH=8”和“调pH＞11”中间的“过滤”步骤能否省略，为什么？

 

．
（4）流程图中“□”内的操作是

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验题,电离平衡与溶液的pH专题

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）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）当pH=8时Fe³⁺、Al³⁺已完全沉淀，pH＞11时，Mg²⁺完全被除去且Cr元素以CrO₂^-的形式存在；
（3）“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^-；
（4）Na₂CrO₄溶液得到Na₂CrO₄晶体，可以采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法．

解答： 解：（1）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：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；2CrO₂^-+3H₂O₂+2OH^-═2CrO₄^2-+4H₂O；
（2）由阳离子转化为氢氧化物完全沉淀的pH数据，可知当pH=8时Fe³⁺、Al³⁺已完全沉淀，pH＞11时，Mg²⁺完全被除去且Cr以CrO₂^-的形式存在，
故答案为：Fe³⁺、Al³⁺；Mg²⁺；
（3）“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：不能，当pH=8时Al³⁺已经完全转化为Al（OH）₃，若不经过滤除去，当继续加入NaOH时Al（OH）₃会溶解，引入杂质离子AlO₂^-；
（4）Na₂CrO₄溶液得到Na₂CrO₄晶体，可以采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶．

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、获取信息的能力，是对基础知识的综合考查，难度中等．