Question

14．工業(yè)上以鉻鐵礦（主要成份為FeO．Cr₂O₃，還含有Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為主要原料生產(chǎn)紅礬鈉晶體（Na₂Cr₂O₇．2H₂O），其主要工藝流程如圖：

已知：NaBiO₃在堿性條件下能將Cr³⁺氧化為CrO₄^2-．
（1）固體A為SiO₂．
（2）實(shí)驗(yàn)室中操作①②的名稱(chēng)為
（3）固體C中含有的物質(zhì)是Al（ OH）₃和Fe（OH）₃，則H₂ 0₂的作用是氧化Fe²⁺，使鐵元素完全轉(zhuǎn)化成沉淀而除去．
已知：K_sP[Fe（OH）₃]=3.0×10^-39，K_sP[Al（OH）₃]=1×10^-33，當(dāng)pH=5.6時(shí)Cr（OH）₃開(kāi)始沉淀．室溫下，Ⅱ中需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為5.0＜pH＜5.6（雜質(zhì)離子濃度小于1×10^-6mol/L視為沉淀完全）．
（4）寫(xiě)出Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式3NaBiO₃+2Cr³⁺+7OH^-+H₂O=2CrO₄^2-+3Na⁺+3Bi（OH）₃．
（5）Ⅳ中酸化是用硫酸而不用鹽酸酸化，理由是2CrO₄^2-+16H⁺+6Cl^-=2Cr³⁺+3Cl₂↑+8H₂O（結(jié)合化學(xué)方程式回答）；工業(yè)上也可設(shè)計(jì)如圖示裝置，用鋰離子電池（Li_xC+Li_1-xCoO₂$?_{充電}^{放電}$C+LioO₂，Li_xC為難電離鋰碳化合物）為電源，電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，該裝置工作時(shí)E電極的名稱(chēng)是陽(yáng)極；電源的A極的電極反應(yīng)式為；Li_xC-xe^-=C+xLi⁺．當(dāng)電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了0.5mol電子時(shí)，理論上右側(cè)溶液的質(zhì)量減少15.5g．

Answer 1

分析 鉻鐵礦（主要成分為FeO和Cr₂O₃，含有Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)），加入過(guò)量稀硫酸，只有SiO₂與稀硫酸不反應(yīng)，則過(guò)濾得固體A為SiO₂，溶液B中含有Cr³⁺、Al³⁺、Fe²⁺，在B中加入過(guò)氧化氫，可生成Fe³⁺，調(diào)節(jié)溶液pH可除去Fe³⁺、Al³⁺，生成氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，即固體C，溶液D含有Cr³⁺，在溶液D中加入NaBiO₃和NaOH，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，過(guò)濾得溶液E含有Na₂CrO₄，酸化可得Na₂Cr₂O₇，溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得Na₂Cr₂O₇•2H₂O，以此解答該題．

解答 解：（1）根據(jù)以上分析，固體A為SiO₂，故答案為：SiO₂；
（2）根據(jù)以上分析，實(shí)驗(yàn)室中操作①②的名稱(chēng)為過(guò)濾，故答案為：過(guò)濾；
（3）固體C中含有的物質(zhì)是Al（ OH）₃和Fe（OH）₃，則H₂ 0₂的作用是氧化Fe²⁺，使鐵元素完全轉(zhuǎn)化成沉淀而除去；
當(dāng)pH=5.6時(shí)Cr（OH）₃開(kāi)始沉淀，室溫下，除去Cr³⁺溶液中的Fe³⁺、Al³⁺，氫氧化鋁完全變成沉淀時(shí)的pH：Ksp[Al（OH）₃]=1×10^-33=c（Al³⁺）×c³（OH^-），c（Al³⁺）=1×10^-6mol•L^-1，解得：c（OH^-）=1×10^-9mol•L^-1，c（H⁺）=1×10^-5mol•L^-1pH=5，同理Fe（OH）₃完全變成沉淀時(shí)，pH約為3.5，故pH范圍是：5.0＜pH＜5.6；
故答案為：氧化Fe²⁺，使鐵元素完全轉(zhuǎn)化成沉淀而除去；5.0＜pH＜5.6；
（4）在溶液D中加入NaBiO₃和NaOH，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成Bi（OH）₃和CrO₄^2-，所以Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為3NaBiO₃+2Cr³⁺+7OH^-+H₂O=2CrO₄^2-+3Na⁺+3Bi（OH）₃，
故答案為：3NaBiO₃+2Cr³⁺+7OH^-+H₂O=2CrO₄^2-+3Na⁺+3Bi（OH）₃；
（5）Ⅳ中酸化是用硫酸而不用鹽酸酸化，原因?yàn)镃rO₄^2-會(huì)氧化鹽酸中的氯離子，反應(yīng)離子方程式為：2CrO₄^2-+16H⁺+6Cl^-=2Cr³⁺+3Cl₂↑+8H₂O；
電解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，則E電極發(fā)生2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，說(shuō)明E電極生成氫離子，電極反應(yīng)為氫氧根失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該裝置工作時(shí)E電極的名稱(chēng)是陽(yáng)極，B極為正極，A極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i_xC-xe^-=C+xLi⁺；當(dāng)電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了0.5mol電子時(shí)，則右側(cè)反應(yīng)消耗0.5mol氫氧根離子，放出$\frac{0.5}{4}$mol氧氣，右側(cè)移動(dòng)到左側(cè)的鈉離子也為0.5mol，所以理論上右側(cè)溶液的質(zhì)量減少$\frac{0.5}{4}$mol×32g/mol+0.5mol×23g/mol=15.5g，
故答案為：2CrO₄^2-+16H⁺+6Cl^-=2Cr³⁺+3Cl₂↑+8H₂O；陽(yáng)；Li_xC-xe^-=C+xLi⁺；15.5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備流程和方案的分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用以及電解池的原理等，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算能力的考查，注意把握題干信息的分析理解，操作步驟的注意問(wèn)題和基本操作方法是解題關(guān)鍵，題目難度較大．