Question

電鍍污泥中含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物質(zhì)，工業(yè)上通過(guò)“中溫焙燒-鈉氧化法”回收Na₂Cr₂O₇等物質(zhì)

已知：（1）水浸后溶液中存在Na₂CrO₄、NaAlO₂[也可表示為NaAl（OH）₄]、Na₂ZnO₂等物質(zhì)．
      （2）Na₂Cr₂O₇、Na₂CrO₄在不同溫度下的溶解度如下表

化學(xué)式	20℃	60℃	100℃
Na2SO4	19.5	45.3	42.5
Na2Cr2O7	183	269	415
Na2CrO4	84	115	126

（1）實(shí)驗(yàn)室焙燒過(guò)程應(yīng)選用的儀器坩堝、坩堝鉗、酒精燈、還有

 

．
（2））完成氧化焙燒過(guò)程中生成Na₂CrO₄的化學(xué)方程式

 

Cr（OH）₃+

 

Na₂CO₃+

 

=

 

Na₂CrO₄+

 

CO₂+

 

（3）濾渣Ⅱ的主要成分有Zn（OH）₂、

 

．
（4）“系列操作”中為：繼續(xù)加入H₂SO₄，

 

冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，洗滌，簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)室洗滌沉淀的操作：

 

，繼續(xù)加入H₂SO₄目的是

 

．
（5）目前有一種采用以鉻酸鈉（Na₂CrO₄）為原料，用電化學(xué)法制備重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇）的實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示．
①寫(xiě)出陰極的電極反應(yīng)式為

 

．
②電解一段時(shí)間后，測(cè)得陽(yáng)極區(qū)溶液中Na⁺物質(zhì)的量由a mol 變?yōu)閎 mol，則此時(shí)鉻酸鈉的轉(zhuǎn)化率為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,電解原理

專(zhuān)題：

分析：以含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物質(zhì)的電鍍污泥為原料，烘干后加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應(yīng)4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂

高溫  .

4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，Al₂O₃+Na₂CO₃

高溫  .

Na₂AlO₃+CO₂↑，ZnO++Na₂CO₃

高溫  .

Na₂ZnO₂+CO₂↑，水浸后過(guò)濾得到濾渣CuO、NiO，濾液為Na₂CrO₄，NaAlO₂、Na₂ZnO₂等，調(diào)節(jié)溶液PH沉淀ZnO₂^2-離子和偏鋁酸根離子，過(guò)濾得到濾液Na₂CrO₄，濾渣Ⅱ的主要成分有Zn（OH）₂、Al（OH）₃，濾液Na₂CrO₄加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過(guò)提純得到重鉻酸鈉，
（1）焙燒過(guò)程應(yīng)選用的儀器坩堝、坩堝鉗、酒精燈、還應(yīng)有三腳架和泥三角；
（2）氧化焙燒過(guò)程中有氧氣參加反應(yīng)，結(jié)合質(zhì)量守恒定律完成方程式；
（3）水浸后溶液中存在Na₂CrO₄、NaAlO₂、Na₂ZnO₂等物質(zhì)，加入硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH可得到Zn（OH）₂、Al（OH）₃沉淀；
（4）水浸后溶液中存在Na₂CrO₄，加入硫酸發(fā)生CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，從平衡移動(dòng)的角度分析；
（5）①電解池中陽(yáng)離子在陰極得電子；
②根據(jù)電荷守恒計(jì)算．

解答： 解：以含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物質(zhì)的電鍍污泥為原料，烘干后加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應(yīng)4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂

高溫  .

4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，Al₂O₃+Na₂CO₃

高溫  .

Na₂AlO₃+CO₂↑，ZnO++Na₂CO₃

高溫  .

Na₂ZnO₂+CO₂↑，水浸后過(guò)濾得到濾渣CuO、NiO，濾液為Na₂CrO₄，NaAlO₂、Na₂ZnO₂等，調(diào)節(jié)溶液PH沉淀ZnO₂^2-離子和偏鋁酸根離子，過(guò)濾得到濾液Na₂CrO₄，濾渣Ⅱ的主要成分有Zn（OH）₂、Al（OH）₃，濾液Na₂CrO₄加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過(guò)提純得到重鉻酸鈉，
（1）焙燒過(guò)程應(yīng)選用的儀器坩堝、坩堝鉗、酒精燈、還應(yīng)有三腳架和泥三角，故答案為：三腳架和泥三角；
（2）氧化焙燒過(guò)程中有氧氣參加反應(yīng)，根據(jù)質(zhì)量守恒可知還應(yīng)生成水，反應(yīng)的方程式為4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂=4Na₂CrO₄+4CO₂+6H₂O，
故答案為：4；4；3O₂；4；4；6H₂O；
（3）Zn（OH）₂、Al（OH）₃具有兩性，水浸后溶液中存在Na₂CrO₄、NaAlO₂、Na₂ZnO₂等物質(zhì)，加入硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH可得到Zn（OH）₂、Al（OH）₃沉淀，
故答案為：Al（OH）₃；
（4）水浸后溶液中存在Na₂CrO₄，加入硫酸發(fā)生CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，加入硫酸可使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得到晶體，洗滌沉淀，可向漏斗中加少量蒸餾水至沒(méi)過(guò)沉淀，濾干后重復(fù)操作2～3次，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；加少量蒸餾水至沒(méi)過(guò)沉淀，濾干后重復(fù)操作2～3次；促進(jìn)平衡CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O向正反應(yīng)方向移動(dòng)，盡可能生成更多溶解度更大的Na₂Cr₂O₇；
（5）①電解池中陽(yáng)離子在陰極得電子，則陰極的電極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②電解一段時(shí)間后，測(cè)得陽(yáng)極區(qū)溶液中Na⁺物質(zhì)的量由a mol變?yōu)閎 mol，則溶液中移動(dòng)的電荷為（a-b）mol，所以外電路中轉(zhuǎn)移的電子為（a-b）mol，陽(yáng)極的電極反應(yīng)為：2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺，則陽(yáng)極生成的氫離子為（a-b）mol，已知：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，所以陽(yáng)極消耗的CrO₄^2-為（a-b）mol，
已知原溶液中CrO₄^2-為

a

2

mol，因此鉻酸鈉的轉(zhuǎn)化率為：

(a-b)

a 2

×100%=

2(a-b)

a

×100%，故答案為：

2(a-b)

a

×100%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)的分離提純的綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于分離、提純方案的設(shè)計(jì)和操作，題目難度中等，注意把握題給信息和電極方程式的書(shū)寫(xiě)．