Question

2．重鉻酸鹽廣泛用作氧化劑、皮革制作等．以鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為原料制取重鉻酸鈉的流程如下：

請回答下列問題：
（1）寫出：Cr₂O₃與純堿在高溫焙燒時反應的化學方程式2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂，Na₂CrO₄用硫酸酸化時反應的離子方程式2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂0₇^2-+H₂0；
（2）Na₂Cr₂O₇可用于測定廢水的化學耗氧量（即COD，指每升水樣中還原性物質(zhì)被氧化所需要O₂的質(zhì)量）．現(xiàn)有某水樣100.00mL，酸化后加入C₁ mol/L的Na₂Cr₂O₇溶液 V₁ mL，使水中的還原性物質(zhì)完全被氧化（Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺）；再用C₂mol/L的FeSO₄溶液滴定剩余的Cr₂O₇^2-，結(jié)果消耗FeSO₄溶液V₂mL．
①該水樣的COD為480C₁V₁-80C₂V₂mg/L；
②假設上述反應后所得溶液中Fe³⁺和Cr³⁺的物質(zhì)的量濃度均為0.1mol/L，要使Fe³⁺沉淀完全而Cr³⁺還未開始沉淀．則需調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是3.2～4.3之間．
（可能用到的數(shù)據(jù)：K_SPFe（OH）₃=4.0×10^-38，K_SPCr（OH）₃=6.0×10^-31，lg$\root{3}{0.4}$=-0.1，lg$\root{3}{4}$=0.2，lg$\root{3}{6}$=0.3，lg$\root{3}{60}$=0.6
（3）在Na₂Cr₂0₇溶液中加入固體KC1進行復分解反應即可制得橙色的K₂Cr₂0₇，請分析此反應能發(fā)生的原因K₂Cr₂0₇的溶解度小于Na₂Cr₂0₇的溶解度，加入固體KCl時使K₂Cr₂0₇超飽和而析出
晶體．
（4）酸性的K₂Cr₂0₇溶液常用于酒駕的檢驗，寫出反應的離子方程式2Cr₂0₇^2-+3C₂H₅OH+16H⁺=4Cr³⁺+3CH₃COOH+11H₂0，反應時可觀察到的現(xiàn)象是溶液由橙色變?yōu)榫G色．

Answer 1

分析 以鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為原料，加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應生成鉻酸鈉，二氧化碳，水浸后過濾得到濾渣FeO，濾液為Na₂CrO₄，Na₂SiO₃，NaAlO₂；調(diào)節(jié)溶液PH沉淀硅酸跟離子和偏鋁酸根離子，過濾得到濾液Na₂CrO₄，加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過提純得到重鉻酸鈉．
（1）鉻礦石中加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應生成鉻酸鈉，二氧化碳，依據(jù)原子守恒和電子守恒配平寫出化學方程式；硫酸酸化使Na₂CrO₄轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇，依據(jù)電荷守恒寫出離子方程式；
（2）①根據(jù)題意廢水與K₂Cr₂O₇溶液發(fā)生氧化還原反應，再用Fe²⁺把多余的Cr₂O₇^2-反應：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，則與廢水反應反應的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量=加入的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量-與Fe²⁺反應的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量，利用2K₂Cr₂O₇～3O₂可求出廢水中化學耗氧量即COD；
②鐵離子完全沉淀的濃度為10^-5mol/L，鉻離子不沉淀的濃度為0.1mol/L，由溶度積常數(shù)計算溶液氫氧根離子濃度，結(jié)合離子積常數(shù)換算氫離子濃度計算得到溶液pH；
（3）K₂Cr₂0₇的溶解度小于Na₂Cr₂0₇的溶解度，根據(jù)溶解度大的物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為溶解度小的物質(zhì)解答；
（4）酸性的K₂Cr₂0₇溶液常用于酒駕的檢驗，鉻元素化合價+6價降低到+3價，碳元素化合價升高從-2價升高為0價，據(jù)此書寫離子反應方程式；Cr₂O₇^2-和Cr³⁺在溶液中分別顯橙色和綠色，可利用顏色的變化檢驗乙醇，現(xiàn)象據(jù)此解答．

解答 解：（1）由圖示可知Cr₂O₃在高溫焙燒時生成Na₂CrO₄，發(fā)生氧化還原反應，反應的化學方程式為：2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂，在酸性環(huán)境下，CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，在酸性環(huán)境下，CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，即2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案為：2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂；2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（2）①樣品100.00mL，酸化后加入c₁mol/L的Na₂Cr₂O₇溶液 V₁mL，使水中的還原性物質(zhì)完全被氧化（Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺）；再用4mol/L的FeSO₄溶液滴定剩余的Cr₂O₇^2-，結(jié)果消耗FeSO₄溶液V₂mL，廢水與K₂Cr₂O₇溶液發(fā)生氧化還原反應，再用Fe²⁺把多余的Cr₂O₇^2-反應：
Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
1        6
n      C₂mol/L×V₂×10^-3L
n=$\frac{{C}_{2}{V}_{2}}{6}$×10^-3mol，
則100ml廢水中，與廢水反應反應的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量=加入的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量-與Fe²⁺反應的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量=c₁mol/L×V₁×10^-3L-$\frac{{C}_{2}{V}_{2}}{6}$×10^-3mol，
1L廢水水樣中被還原的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量=（c₁V₁-$\frac{{C}_{2}{V}_{2}}{6}$）×10^-2mol，
利用2K₂Cr₂O₇～3O₂可求出廢水中化學耗氧量即COD，
2K₂Cr₂O₇ ～3O₂
2                     3×32
（c₁V₁-$\frac{{C}_{2}{V}_{2}}{6}$）×10^-2mol  m
m=（48c₁V₁-8c₂V₂）×10^-2g=（480c₁V₁-80c₂V₂）mg，該水樣的COD為（480c₁V₁-80c₂V₂）mg/L，
故答案為：480C₁V₁-80C₂V₂；
②反應后所得溶液中Fe³⁺和Cr³⁺的物質(zhì)的量濃度均為0.1mol/L，要使Fe³⁺沉 淀完全而Cr³⁺還未開始沉淀，需要c（Fe³⁺）=10^-5mol/l時鐵離子沉淀完全，由溶度積常數(shù)Ksp=c（Fe³⁺）c³（OH^-），c³（OH^-）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}$=4.0×10^-33 ，c（OH^-）=$\root{3}{4}$×10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{\root{3}{4}×1{0}^{-11}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{0.2}×1{0}^{-11}}$=10^-3.2，pH=-lgc（H⁺）=3.2；
Cr³⁺還未開始沉淀，c（Cr³⁺）=0.1mol/L，Ksp=c（Cr³⁺）c³（OH^-）=6.0×10^-31，c³（OH^-）=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{0.1}$=6.0×10^-30；c（OH^-）=$\root{3}{6}$×10^-10mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{\root{3}{6}×1{0}^{-10}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{0.3}×1{0}^{-10}}$=10^-4.3mol/L，pH=-lgc（H⁺）=4.3，
則要使Fe³⁺沉淀完全而Cr³⁺還未開始沉淀．則需調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是3.2～4.3，
故答案為：3.2～4.3之間；
（3）K₂Cr₂0₇的溶解度小于Na₂Cr₂0₇的溶解度，加入固體KCl時：Na₂Cr₂0₇+2KCl=K₂Cr₂0₇↓+2NaCl，使K₂Cr₂0₇超飽和而析出晶體，
故答案為：K₂Cr₂0₇的溶解度小于Na₂Cr₂0₇的溶解度，加入固體KCl時使K₂Cr₂0₇超飽和而析出晶體；
（4）酸性的K₂Cr₂0₇溶液常用于酒駕的檢驗，鉻元素化合價+6價降低到+3價，碳元素化合價升高從-2價升高為0價，根據(jù)質(zhì)量守恒定律和得失電子守恒原理，反應為：2Cr₂0₇^2-+3C₂H₅OH+16H⁺=4Cr³⁺+3CH₃COOH+11H₂0，Cr₂O₇^2-和Cr³⁺在溶液中分別顯橙色和綠色，可利用顏色的變化檢驗乙醇，即橙色的Cr₂O₇^2-在酒精作用下轉(zhuǎn)化為綠色的Cr³⁺，則能檢查司機是否酒后開車，所以反應時可觀察到的現(xiàn)象是溶液由橙色變?yōu)榫G色，
故答案為：2Cr₂0₇^2-+3C₂H₅OH+16H⁺=4Cr³⁺+3CH₃COOH+11H₂0；溶液由橙色變?yōu)榫G色．

點評 本題考查重鉻酸鈉的制備實驗過程分析，側(cè)重滴定實驗的計算，沉淀溶解平衡的溶度積常數(shù)計算應用的考查，題目難度較大，注意把握滴定原理以及實驗的過程分析，掌握基礎和題干信息是關鍵．