Question

工业上常以铬铁矿(主要成分为亚铬酸亚铁FeCr₂O₄，还有Al₂O₃、SiO₂等杂质)为主要原料生产红矾钠(Na₂Cr₂O₇)，某实验小组模拟其流程如下图所示：

（1）步骤①中，焙烧时所用的仪器材质应选用_______(填“瓷质”、“铁质”或“石英质”)，二氧化硅与纯碱反应的化学方程式为___________。

（2）配平步骤①中主要反应：_________

____FeCr₂O₄＋___O₂＋___Na₂CO₃___Fe₂O₃＋___Na₂CrO₄ ＋___CO₂

（3）操作④中，酸化时，CrO₄^2－转化为Cr₂O₇^2－，写出平衡转化的离子方程式：______________ 。

（4）步骤③用硫酸将溶液的pH调至中性，所得滤渣的主要成分是___________、____________；

（5）下图是Na₂Cr₂O₇·2H₂O和Na₂SO₄的溶解度曲线，步骤④中获得固态副产品Na₂SO₄的实验操作方法为____________、___________。

（6）工业上常用电解法处理含Cr₂O₇^2－的酸性废水，用金属铁作阳极、石墨作阴极，一段时间后产生Fe(OH)₃和Cr(OH)₃沉淀。若电解后溶液中c(Cr³⁺)=3.0×10^－5 mol·L^－1，则c(Fe³⁺)=_____。(已知K_sp[Fe(OH)₃]=4.0×10^－38 mol·L^－1，K_sp[Cr(OH)₃]=6.0×10^－31mol·L^－1)

（7）CrO₅的结构式为，该氧化物中Cr为_______价。

Answer

铁质 Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ 4  7   8   2   8   8 2CrO42－+2H+⇌Cr2O72－+H2O H2SiO3（H4SiO4或SiO2·H2O） Al(OH)3 加热浓缩 趁热过滤 2.0×10－12 mol·L－1 +6

【解析】(1). 步骤①中，在铬铁矿中加入纯碱焙烧，使用的仪器是坩埚，瓷质和石英质坩埚中均含有二氧化硅，在高温下二氧化硅和纯碱反应生成硅酸钠和二氧化碳，化学方程式为：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，因此应选用铁质坩埚，故答案为：铁质；Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑；

(2). FeCr2O4中铁元素的化合价是+2价，氧元素的化合价是−2价，则铬元素的化合价为+3价，O2中氧元素的化合价是0价，反应后铁元素的化合价是+3价，铬元素的化合价是+6价，氧元素的化合价是−2价，根据得失电子守恒和原子守恒，该反应的化学方程式为：4FeCr2O4＋7O2＋8Na2CO32Fe2O3＋8Na2CrO4 ＋8CO2，故答案为：4 7 8 2 8 8；

(3). 在操作④中，酸化的目的是使CrO42－转化为Cr2O72－，该反应为可逆反应且铬元素的化合价没有变化，根据原子守恒和电荷守恒，该平衡转化的离子方程式为：2CrO42－+2H+Cr2O72－+H2O，故答案为：2CrO42－+2H+Cr2O72－+H2O；

(4). 步骤③用硫酸调节溶液的pH至中性，Na2SiO3、NaAlO2生成不溶的H2SiO3和Al(OH)3，过滤，所得滤渣为H2SiO3和Al(OH)3；故答案为：H2SiO3（H4SiO4或SiO2·H2O）；Al(OH)3；

(5). 据图可知，温度升高有利于硫酸钠结晶析出，同时可以防止Na2Cr2O7⋅2H2O结晶析出，所以获得副产品Na2SO4的实验操作方法为：将滤液2加热浓缩后趁热过滤，得副产品Na2SO4，故答案为：加热浓缩；趁热过滤；

(6). Ksp[Fe(OH)3]= c(Fe3+)×c3(OH－)=4.0×10－38 mol·L－1，Ksp[Cr(OH)3]= c(Cr3+)×c3(OH－)= 3.0×10－5 mol·L－1×c3(OH－)=6.0×10－31mol·L－1，联立得：c(Fe3+)=2.0×10－12 mol·L－1，故答案为：2.0×10－12 mol·L－1；

(7). 由CrO5的结构式可知，一个Cr原子与5个O原子形成6个Cr－O极性共价键，共用电子对都偏向于O原子，所以该氧化物中Cr为+6价，故答案为：+6。