Question

【题目】重铬酸钠是一种用途极广的氧化剂，工业上可以用铬铁矿[主要成分Fe(CrO2)2（或写成FeO·Cr2O3），还含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等杂质]制备，同时还可回收Cr。其主要工业流程如图所示：

已知部分物质的溶解度曲线如图1所示。

图1 图2

请回答下列问题：

（1）煅烧生成Na2CrO4的化学方程式为______________________________。

（2）煅烧后的浸出液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外，还含有_________（填化学式）。

（3）调节溶液的pH所选的试剂为__________________（填名称）。

（4）操作a的实验步骤为 _________________________。

（5）加入Na2S溶液反应后，硫元素全部以S2O32－的形式存在，写出生成Cr(OH)3的离子方程式__________________________________。

（6）采用石墨电极电解Na2CrO4溶液制备Na2Cr2O7，其原理如图2所示。

①写出电极b的电极反应方程式：___________________________________。

②测定阳极液中Na元素和Cr元素的含量，若Na元素与Cr元素的物质的量之比为n,则此时Na2CrO4的转化率为____________。

（7）根据有关国家标准，含CrO42－的废水要经化学处理，使其浓度降至5.0×10－7mol·L－1 以下才能排放。可采用加入可溶性钡盐生成BaCrO4沉淀[Ksp(BaCrO4)=1.2×10－10]，再加入硫酸处理多余的Ba2+的方法处理废水，加入可溶性钡盐后，废水中Ba2+的浓度应不小于___________mol·L－1 ，废水处理后方能达到国家排放标准。

Answer 1

【答案】4Fe(CrO2)2+7O2+8 Na2CO3=2 Fe2O3+8 Na2CrO4+8CO2 Na2SiO3、 NaAlO2 稀硫酸 发浓缩、冷却结晶、过滤 23H2O+6S2-+ 8CrO42-= 8Cr(OH)3+ 3S2O32－+22OH-。 2H2O-4e-=O2+4H+ (2-n)100; 2.4×10－4

【解析】

根据铬铁矿的主要成分判断煅烧后的产物，根据杂质的成分及除杂产生的滤渣Al(OH)3和H2SiO3进行逆推，可知浸出液除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外，还含有Na2SiO3, NaAlO2。根据电子守恒完成煅烧反应方程式；根据电池的正负极确定电解池的阴、阳极，根据氧化还原反应写电极反应方程式。

（1）铬铁矿主要成分Fe(CrO2)2,还含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等杂质, 加入纯碱和空气高温煅烧生成Na2CrO4的化学方程式为：4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3=2 Fe2O3+8 Na2CrO4+8CO2;答案：4Fe(CrO2)2+7O2+8 Na2CO3=2 Fe2O3+8 Na2CrO4+8CO2。

(2) 根据调节pH后产生滤渣Al(OH)3和H2SiO3.可知加入纯碱和空气高温煅烧后，再加水过滤，浸出液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外应该还会有Na2SiO3、NaAlO2。答案：Na2SiO3、NaAlO2。

（3）根据酸化产物有Na2SO4可知调节溶液的pH所选的试剂为稀硫酸。答案：稀硫酸。

（4）由溶液通过操作a后混合物分离为液体a和固体a两部分，从液体a可以提取重铬酸钠晶体，则固体a为硫酸钠晶体，根据溶解度曲线可知，硫酸钠的溶解度在较高温度下较小，在较低温度下也较小，故可以蒸发浓缩得到硫酸钠的饱和溶液，再降温结晶析出硫酸钠晶体，所以操作a为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；答案：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。

（5）加入Na2S溶液反应后，硫元素全部以S2O32－的形式存在，CrO42生成Cr(OH)3，的离子方程式：23H2O+6S2-+ 8CrO42-= 8Cr(OH)3+ 3S2O32－+22OH-。答案：23H2O+6S2-+ 8CrO42-= 8Cr(OH)3+ 3S2O32－+22OH-。

（6）①根据电池的正负极确定电解池b为阳极,电极反应方式为：2H2O-4e-=O2+4H+;答案：2H2O-4e-=O2+4H+；

②电解制备Na2Cr2O7过程的总反应方程式为Na2CrO+H2O = Na2Cr2O7+4NaOH+2H2+O2设加入反应容器内的Na2CrO4为1mol,反应过程中有xmol Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,则阳极区剩余Na2CrO4为(1-x)mol,对应的n(Na)=2(1-x), (1-x)mol,生成的Na2Cr2O7为x/2mol,对应的n(Na)=xmol, n(Cr)= xmol,根据: Na与Cr的物质的量之比为n,计算得出x=2-d,转化率为(2-n)/1100=(2-n)100;答案：(2-n)100;

（7）国家标准含CrO42－的废水要经化学处理，使其浓度降至5.0×10－7mol·L－1，以下才能排放。 Ksp(BaCrO4)=，所以c(Ba2+)= Ksp(BaCrO4)/c(CrO42－)= 1.2×10－10/5.0×10－7=2.4×10－4;答案：2.4×10－4。