Question

12．鉻及其化合物用途廣泛，工業(yè)上冶煉鉻的主要步驟如圖1所示：

（1）寫出鉻鐵礦焙燒的化學方程式：8Na₂CO₃+4Fe（CrO₂）₂+7O₂ $\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑，步驟Ⅰ涉及的操作有溶解、過濾（填操作名稱）；
（2）步驟Ⅱ中可加入Na₂S溶液實現(xiàn)轉化，反應后的濾液中有Na₂S₂O₃，該轉化的離子方程式為8CrO₄^2-+6S^2-+23H₂O═8Cr（OH）₃↓+3S₂O₃^2-+22OH^-；
（3）步驟IV中電解熔融Cr₂O₃的陽極反應式為2O^2--4e^-=O₂↑；
（4）K₂Cr₂O₇可由KCl和Na₂Cr₂O₇反應制得，根據(jù)圖2所示溶解度曲線圖，簡述能制取K₂Cr₂O₇晶體的原因在60℃以上蒸發(fā)溶劑，NaCl溶解度最小，易沉淀，從而使反應KCl+Na₂Cr₂O₇═K₂Cr₂O₇+2NaCl↓ 發(fā)生，因K₂Cr₂O₇溶解度隨溫度變化較大，取濾液降溫結晶，即得K₂Cr₂O₇晶體；
（5）已知Cr（OH）₃的K_sp=6.3×10^-31．若地表水鉻含量最高限值是0.1mg/L，要使溶液中c（Cr³⁺）降到符合地表水限值，須調節(jié)溶液的c（OH^-）≥$\root{3}{\frac{6.3×1{0}^{-31}}{\frac{1×1{0}^{-4}}{52}}}$（只寫計算表達式）．

Answer 1

分析 （1）鉻鐵礦加入碳酸鈉，通入氧氣焙燒發(fā)生反應生成氧化鐵、Na₂CrO₄和二氧化碳，結合原子守恒和電子守恒配平書寫化學方程式；步驟Ⅰ加入水溶解，分離固體和溶液用過濾；
（2）步驟Ⅱ中可加入Na₂S溶液實現(xiàn)轉化，反應后的濾液中有Na₂S₂O₃，生成Cr（OH）₃↓沉淀，結合原子守恒和電子守恒配平書寫化學方程式，Cr元素的化合價由+6價變?yōu)?3價；
（3）電解熔融狀態(tài)的Cr₂O₃，陽極上氧離子失電子發(fā)生氧化反應，陰極上鉻離子得電子發(fā)生還原反應；
（4）在60℃以上蒸發(fā)溶劑，NaCl溶解度最小，易沉淀，因K₂Cr₂O₇溶解度隨溫度變化較大，取濾液降溫結晶，即得K₂Cr₂O₇晶體；
（5）根據(jù)Cr（OH）₃的K_sp=6.3×10^-31=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）計算．

解答 解：（1）鉻鐵礦加入碳酸鈉，通入氧氣焙燒發(fā)生反應生成氧化鐵、Na₂CrO₄和二氧化碳，反應的化學方程式為：8Na₂CO₃+4Fe（CrO₂）₂+7O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑，步驟Ⅰ加入水溶解，分離固體和溶液用過濾，步驟Ⅰ涉及的操作有溶解、過濾，
故答案為：8Na₂CO₃+4Fe（CrO₂）₂+7O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；溶解、過濾；
（2）步驟Ⅱ中可加入Na₂S溶液實現(xiàn)轉化，反應后的濾液中有Na₂S₂O₃，生成Cr（OH）₃↓沉淀，Cr元素的化合價由+6價變?yōu)?3價，硫元素-2價變化為+2價，結合電子守恒和電荷守恒、原子守恒配平書寫得到離子方程式：8CrO₄^2-+6S^2-+23H₂O═8Cr（OH）₃↓+3S₂O₃^2-+22OH^-，
故答案為：8CrO₄^2-+6S^2-+23H₂O═8Cr（OH）₃↓+3S₂O₃^2-+22OH^-；
（3）電解熔融狀態(tài)的Cr₂O₃，陽極上氧離子失電子生成氧氣，陰極上鉻離子得電子發(fā)生還原反應，所以陽極上電極反應式為：2O^2--4e^-=O₂↑，
故答案為：2O^2--4e^-=O₂↑；
（4）K₂Cr₂O₇可由KCl和Na₂Cr₂O₇反應制得，根據(jù)圖2所示溶解度曲線圖，能制取K₂Cr₂O₇晶體的原因是：在60℃以上蒸發(fā)溶劑，NaCl溶解度最小，易沉淀，從而使反應KCl+Na₂Cr₂O₇═K₂Cr₂O₇+2NaCl↓ 發(fā)生，因K₂Cr₂O₇溶解度隨溫度變化較大，取濾液降溫結晶，即得K₂Cr₂O₇晶體，
故答案為：在60℃以上蒸發(fā)溶劑，NaCl溶解度最小，易沉淀，從而使反應KCl+Na₂Cr₂O₇═K₂Cr₂O₇+2NaCl↓ 發(fā)生，因K₂Cr₂O₇溶解度隨溫度變化較大，取濾液降溫結晶，即得K₂Cr₂O₇晶體；
（5）若地表水鉻含量最高限值是0.1mg/L，換算成物質的量濃度c（Cr³⁺）=$\frac{1×1{0}^{-4}}{52}$mol/L，要使溶液中c（Cr³⁺）降到符合地表水限值，已知Cr（OH）₃的K_sp=6.3×10^-31=c（Cr³⁺）×c³（OH^-），須調節(jié)溶液的c（OH^-）≥$\root{3}{\frac{6.3×1{0}^{-31}}{\frac{1×1{0}^{-4}}{52}}}$mol/L，
故答案為：$\root{3}{\frac{6.3×1{0}^{-31}}{\frac{1×1{0}^{-4}}{52}}}$．

點評 本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應、電解原理、化學方程式書寫、物質分離提純等知識點，需要學生具備扎實的基礎知識，平時注意培養(yǎng)分析和解決問題的能力，題目難度中等．