Question

工业上用铬铁矿(主要成分可表示为FeO·Cr₂O₃，还含有Al₂O₃、MgCO₃、SiO₂等杂质)为原料制备重铬酸钾晶体(K₂Cr₂O₇)和铁红的流程如下：

已知：Ⅰ.2CrO₄^2-+2H⁺Cr₂O₇^2-+H₂O

Ⅱ.常见离子开始生成沉淀和沉淀完全的pH值如下表所示：

	Fe^3+	Al^3+	Mg^2+	SiO3^2-	AlO2^-
开始沉淀的pH	1.9	4.2	8.1	9.5	10.2
沉淀完全的pH	3.2	5.3	9.4	8.0	8.5

(1)铬铁矿反应前需要进行粉碎，目的是________。

(2)熔融Na₂CO₃条件下主要反应：2FeO·Cr₂O₃+4Na₂CO₃+7NaNO₃=4Na₂CrO₄+Fe₂O₃+4CO₂↑+7NaNO₂。该反应中的氧化产物为___________、___________。该条件下还可以得到的副产物为NaAlO₂和Na₂SiO₃，写出生成Na₂SiO₃的化学方程式为__________。

(3)滤渣2的主要成分为____________；滤渣4的主要成分为___________。

(4)调节pH₃的合适试剂为_______________；调节pH₃的范围为____________。

(5)用醋酸调节pH₂=5的目的为________________。

(6)检验滤液4中Fe³⁺是否沉淀完全的方法是___________________________。

Answer

增大接触面积，加快反应速率 Na2CrO4 Fe2O3 SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ Al(OH)3、H2SiO3 Fe(OH)3 盐酸 3.2≤pH<8.1 使CrO42-转化为Cr2O72- 取少量溶液于试管中，向其中滴加KSCN溶液，若溶液未变为红色，即证明Fe3+沉淀完全，反之未沉淀完全

【解析】

铬铁矿与Na2CO3、NaNO3在高温条件下发生反应2FeO·Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO3=4Na2CrO4+Fe2O3+4CO2↑+7NaNO2。其中含有的杂质也会在该条件下反应得到的副产物为NaAlO2和Na2SiO3，加水，MgO、Fe2O3及不溶性杂质，进入滤渣1中，Na2CrO4、NaNO2、NaAlO2和Na2SiO3都溶于水，进入滤液1中。向滤液1中加入醋酸，使溶液的pH为7～8，可以使NaAlO2转化为Al(OH)3，使Na2SiO3转化为H2SiO3沉淀，滤渣2中含有Al(OH)3、H2SiO3；向滤液中再加入醋酸，调整溶液的pH=5，CrO42-转化为Cr2O72-，与加入的KCl反应产生重铬酸钾晶体(K2Cr2O7)；向滤渣1中加入盐酸，MgO、Fe2O3反应产生Mg2+、Fe3+，过滤除去不溶性杂质，向滤液中加入盐酸调整溶液的3.2≤pH<8.1，Fe3+形成Fe(OH)3沉淀，进入滤渣4中，然后过滤洗涤沉淀，然后干燥，灼烧，得到铁红Fe2O3。

(1)铬铁矿反应前需要进行粉碎，目的是增大接触面积，提高反应速率。

(2)熔融Na2CO3条件下主要反应：2FeO·Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO3=4Na2CrO4+Fe2O3+4CO2↑+7NaNO2。在该反应中，Fe、Cr元素化合价升高，失去电子，被氧化，反应产生的的氧化产物为Fe2O3、Na2CrO4。该条件下Al2O3与Na2CO3反应产生NaAlO2，杂质SiO2与Na2CO3反应产生Na2SiO3，生成Na2SiO3的化学方程式为SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑。

(3)根据上述分析可知滤渣2的主要成分为Al(OH)3、H2SiO3；滤渣4的主要成分为Fe(OH)3。

(4)用盐酸调节pH3在3.2≤pH<8.1，使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀，而Mg2+仍然以离子形式存在于溶液中，所以合适试剂为HCl；调节pH3的范围为3.2≤pH<8.1。

(5)用醋酸调节pH2=5的目的为使CrO42-转化为Cr2O72-。

(6)检验滤液4中Fe3+是否沉淀完全的方法是取少量溶液于试管中，向其中滴加KSCN溶液，若溶液未变为红色，即证明Fe3+沉淀完全，反之未沉淀完全。