Question

【題目】元素鉻(Cr)在自然界主要以+3價和+6價存在。請回答下列問題：

(1)利用鉻鐵礦(FeOCr2O3)冶煉制取金屬鉻的工藝流程如圖所示：

①為加快焙燒速率和提高原料的利用率，可采取的措施之一是__________________ 。

②“水浸”要獲得浸出液的操作是_________。浸出液的主要成分為Na2CrO4，向“濾液”中加入酸化的氯化鋇溶液有白色沉淀生成，則 “還原”操作中發生反應的離子方程式為___________________________________________________。

(2)已知 Cr3+完全沉淀時溶液pH為5，(Cr3+濃度降至10-5molL-1可認為完全沉淀)則Cr(OH)3的溶度積常數 Ksp＝_______________。

(3)用石墨電極電解鉻酸鈉(Na2CrO4)溶液，可制重鉻酸鈉(Na2Cr2O7)，實驗裝置如圖所示(已知：2CrO42-+2H+Cr2O72-+ H2O)。

①電極b連接電源的______極(填“正”或“負”) ， b 極發生的電極反應：______________。

②電解一段時間后，測得陽極區溶液中Na+物質的量由a mol變為b mol，則理論上生成重鉻酸鈉的物質的量是_______________mol 。

Answer 1

【答案】鉻鐵礦粉碎 過濾 8CrO42—+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+16OH- 1×10-32 正 2H2O-4e-=O2↑+4H+ (a-b)/2

【解析】

(1)根據流程：鉻鐵礦(FeOCr2O3)加入純堿、通入空氣焙燒，得到Na2CrO4，過濾，濾液含有Na2CrO4，加入Na2S還原得到Cr(OH)3，反應為：8CrO42-+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+16OH-，加熱Cr(OH)3可得到Cr2O3，再用還原劑還原得到Cr，據此分析解答；

(2)已知Cr3+完全沉淀時溶液pH為5，則此時c(OH-)=1×10-9mol/L，c(Cr3+)=1×10-5mol/L，Cr(OH)3的溶度積常數Ksp=c(Cr3+)c3(OH-)，據此計算；

(3)①b極得到Na2Cr2O7，則b有反應2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O，故b的電極反應為水放電生成氧氣和氫離子，據此分析解答；②根據電荷守恒分析計算。

(1)①影響化學反應速率的因素：物質的表面積大小，表面積越大，反應速率越快，為加快焙燒速率和提高原料的利用率，采取的措施可以有將鉻鐵礦粉碎等，故答案為：鉻鐵礦粉碎；

②“水浸”要獲得浸出液，需要過濾出浸渣，采取的操作是過濾；浸出液的主要成分為Na2CrO4，向“濾液”中加入酸化的氯化鋇溶液有白色沉淀生成，說明加入的Na2S被氧化成SO42-，Cr元素由+6價降為+3價，S元素由-2價升到+6價，依據原子守恒和得失電子守恒，反應的方程式為：8CrO42—+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+16OH-，故答案為：過濾；8CrO42—+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+16OH-。

(2)pH為5，c(OH-)=10-9，c(Cr3+)=1×10-5mol/L，則Ksp＝c(Cr3+)c3(OH-)=10-5×(10-9)3=1×10-32，故答案為：1×10-32；

(3)①根據圖示，在b極所在電極室得到Na2Cr2O7，根據2CrO42-+2H+ Cr2O72—+ H2O，電解過程中b極c(H+)增大，則b極電極反應式為2H2O-4e-=O2↑+4H+，因此a是陰極，b是陽極，電極b連接電源的正極，故答案為：正；2H2O-4e-=O2↑+4H+；

②電解一段時間后，測得陽極區溶液中Na+物質的量由a mol變為b mol，則溶液中移動的電荷為(a-b)mol，所以外電路中轉移的電子為(a-b)mol，陽極的電極反應為：2H2O-4e-=O2+4H+，則陽極生成的氫離子為(a-b)mol，根據2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O，理論上生成重鉻酸鈉的物質的量是mol，故答案為：。