Question

【題目】重鉻酸鈉在制革工業、印刷工業、電鍍工業等有重要用途，制備重鉻酸鈉(Na2Cr2O7)的方案1的流程圖如圖，鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO·Cr2O3，還含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等雜質。

除此外工廠還有相關改進工藝，制備重鉻酸鈉(Na2Cr2O7)的方案2如圖，采用電化學原理如圖所示的裝置(電極為石墨)，通過電解提高陽極區溶液的酸性，實現Na2CrO4轉化為Na2Cr2O7。

(1)在方案2中請指明哪端是陰極? ___________(填“左”或“右”)。寫出陽極的電極方程式：______________________。

(2)方案1中煅燒前應將鉻鐵礦充分粉碎，其目的是______________________。灼燒是中學化學中常用的操作方法，如在實驗室中將鉻鐵礦和碳酸鈉固體混合物灼燒，下列各實驗儀器中不需要的是___________(填序號)。

a.陶瓷坩堝 b.鐵坩堝 c.三腳架 d.泥三角

轉窯中發生的主要反應除了下面的兩個反應外，還有其他反應。

①Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑；

②_____FeO·Cr2O3+______Na2CO3+______O2______Na2CrO4+______Fe2O3+______。

請配平反應②的化學方程式。

請寫出其他主要反應方程式：_________________________________。

(3)固體Y的化學式為___________、___________。

(4)向母液中加入濃硫酸，把鉻酸鈉轉化為重鉻酸鈉，經兩次蒸發，主要是除去___________(填化學式)，冷卻至30-40℃得到產品晶體。洗滌該晶體的溶劑最好是___________(填序號)。

a.蒸餾水 b無水乙醇 c.75%乙醇溶液

(5)為了測定實驗制得的產品中Na2Cr2O7，的含量，稱取樣品0.140g置于錐形瓶中，加50mL水；再加入2gKI(過量)及稍過量的稀硫酸溶液，搖勻，暗處放置10min；然后加入150mL蒸餾水并加入3mL0.5%淀粉溶液；用0.1000mol/L Na2S2O3標準溶液滴定至終點，消耗Na2S2O3標準溶液30.00mL。(假定雜質不參加反應，已知：Cr2O72－+6I－+14H+=2Cr3++3I2+7H2O，I2+2S2O32－===2I－+S2O62－)

①終點實驗現象是_______________________________________________________。

②該產品中Na2Cr2O7的純度為______________________。(以質量分數表示)

③若滴定管在滴定前俯視讀數，滴定結束后仰視讀數，測得樣品的純度將___________（填“偏高”或“偏低”或“無影響”)

Answer 1

【答案】左 2H2O-4e-=O2+4H+，2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O 增大表面積，提高反應速率，使反應更充分 a 4、8、7、8、2、8CO2 Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ Al(OH)3 H2SiO3 Na2SO4 c 當滴入最后一滴標準液時，溶液由藍色變為無色，且半分鐘內不復原 93.57% 偏高

【解析】

由流程可知，將鉻鐵礦和碳酸鈉、氧氣在轉窯中1500℃混合焙燒，發生如下反應：4FeOCr2O3+8Na2CO3+7O28Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2、Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑、Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑、Na2CO3+Fe2O32NaFeO2+CO2↑，根據方程式知，生成的氣體X是二氧化碳；然后在浸取器中加水溶解，過濾，濾液中含有溶于水的Na2CrO4、NaAlO2、Na2SiO3，濾渣固體X為不溶于水的Fe2O3；向濾液則通入反應生成的二氧化碳氣體調節溶液pH，NaAlO2、Na2SiO3與二氧化碳溶液生成硅酸沉淀和氫氧化鋁沉淀，過濾得到含有Na2CrO4的母液和含有硅酸沉淀和氫氧化鋁沉淀的濾渣Y；向母液中加入濃硫酸，Na2Cr2O7與濃硫酸反應生成重鉻酸鈉和硫酸鈉，將混合溶液蒸發濃縮、冷卻結晶除去硫酸鈉得到Na2Cr2O7晶體。

（1）由圖可知，與電源負極相連的左端為電解池的陰極，電極反應式為2H2O+2e－=H2↑+2OH—，右端為陽極，電極反應式為2H2O-4e-=O2+4H+，2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O，故答案為：左；2H2O-4e-=O2+4H+，2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O；

(2)方案1中將鉻鐵礦充分粉碎，可以增大固體的表面積，增大表面積，提高反應速率，使反應更充分；如在實驗室中將鉻鐵礦和碳酸鈉固體混合物灼燒，因陶瓷中二氧化硅與碳酸鈉固體高溫反應，所以實驗儀器為鐵坩堝、三腳架、泥三角，不需要陶瓷坩堝；反應②中，FeO·Cr2O3中鉻元素被氧氣氧化生成Na2CrO4，配平的化學方程式為4FeO·Cr2O3+8Na2CO3+7O28Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2；反應中二氧化硅雜質也與碳酸鈉高溫下反應生成硅酸鈉和二氧化碳，反應的化學方程式為Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，故答案為：增大表面積，提高反應速率，使反應更充分；a；4、8、7、8、2、8CO2；Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑；

（3）向含有溶于水的Na2CrO4、NaAlO2、Na2SiO3的濾液中通入反應生成的二氧化碳氣體調節溶液pH，NaAlO2、Na2SiO3與二氧化碳溶液生成硅酸沉淀和氫氧化鋁沉淀，過濾得到含有Na2CrO4的母液和含有硅酸沉淀和氫氧化鋁沉淀的濾渣Y，故答案為：Al(OH)3；H2SiO3；

（4）向母液中加入濃硫酸，Na2Cr2O7與濃硫酸反應生成重鉻酸鈉和硫酸鈉，將混合溶液蒸發濃縮、冷卻結晶除去硫酸鈉得到Na2Cr2O7晶體；為除去晶體表面的可溶性雜質，洗滌該晶體的溶劑最好是75%乙醇溶液，故答案為：Na2SO4；c；

（5）①向Na2Cr2O7溶液中加入過量KI溶液發生如下氧化還原反應，反應的離子方程式為Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O，向反應后的溶液中加入淀粉溶液，溶液變為藍色，再加入Na2S2O3標準溶液，發生反應I2+2S2O32－=2I－+S2O62－，溶液藍色褪去，所以終點實驗現象為當滴入最后一滴標準液時，溶液由藍色變為無色，且半分鐘內不復原，故答案為：當滴入最后一滴標準液時，溶液由藍色變為無色，且半分鐘內不復原；

②有反應方程式可得如下關系：Cr2O72-—3I2—6S2O32－，反應消耗n(S2O32－)為0.1000mol/L×0.0300L=0.003mol，則n(Cr2O72-)為0.003mol /6=0.0005mol，則Na2Cr2O7的純度為(0.0005mol×262g/mol)/ 0.140g ×100%=93.57%，故答案為：93.57%；

③若滴定管在滴定前俯視讀數，滴定結束后仰視讀數，消耗Na2S2O3標準溶液體積偏大，則所測結果偏高，故答案為：偏高。