Question

【化學–選修2：化學與技術】（15分）
重鉻酸鈉俗稱紅礬鈉(Na₂Cr₂O₇·2H₂O)，是重要的化工產品和強氧化劑。工業制備紅礬鈉的流程如下：

（1）化學上可將某些鹽寫成氧化物的形式，如Na₂SiO₃可寫成Na₂O·SiO₂，則Fe(CrO₂)₂可寫成                          。
（2）煅燒鉻鐵礦時，礦石中難溶的Fe(CrO₂)₂生成可溶于水的Na₂CrO₄，反應化學方程式如下：4Fe(CrO₂)₂+8Na₂CO₃+7O₂ = 2Fe₂O₃+8Na₂CrO₄+8CO₂。為了加快該反應的反應速率，可采取的措施是                            。（寫一種即可）
（3）已知CrO₄^2－在不同的酸性溶液中有不同的反應，如：
2CrO₄^2－+2H⁺= Cr₂O₇^2－+H₂O；     3CrO₄^2－+4H⁺= Cr₃O₁₀^2－+2H₂O
① 往混合溶液甲中加入硫酸必須適量的原因是                                    。
② 混合溶液乙中溶質的化學式是                 。
（4）在含Cr₂O₇^2－廢水中存在著平衡：Cr₂O₇^2－+H₂O2CrO₄^2－+2H⁺，請寫出該平衡的平衡常數表達式K=       ，若繼續加水稀釋，平衡將    移動(填“正向”、“逆向”“不”)。
（5）請配平堿性溶液還原法中發生的離子反應：
□Cr₂O₇^2－+□S^2－+□H₂O ——□Cr(OH)₃+□S₂O₃^2－+□OH^－

Answer 1

（15分）（1）FeO·Cr₂O₃（2分）
（2）粉碎礦石、升高溫度（2分）
（3）① 少量不能除盡Na₂CO₃等雜質，過量會生成Na₂Cr₃O₁₀等副產物。（2分）
② Na₂Cr₂O₇和Na₂SO₄（2分）
（4）c(CrO₄^2－)²c(H⁺)²/c(Cr₂O₇^2－) （2分）   正向（2分）
（5） 4  6  19  8  3  14 （3分）

試題分析：（1）根據元素的化合價，把鹽寫成氧化物的形式，中間用·連接，Fe(CrO₂)₂中Fe為+2價，對應氧化物為FeO，Cr為+3價，對應氧化物為Cr₂O₃，所以Fe(CrO₂)₂的氧化物形式為FeO·Cr₂O₃；
（2）考慮綜合效益，加快反應速率，可以升高溫度或把礦石粉碎；
（3）① 加硫酸的目的是除去雜質碳酸鈉，少量不能除盡Na₂CO₃等雜質，過量會生成Na₂Cr₃O₁₀等副產物，所以加入硫酸必須適量；
②因為最終得到的晶體是Na₂Cr₂O₇·2H₂O，所以混合溶液乙中的溶質是Na₂Cr₂O₇及Na₂SO₄；
（4）根據化學平衡常數的表達式，Cr₂O₇^2－+H₂O2CrO₄^2－+2H⁺平衡常數K=c(CrO₄^2－)²c(H⁺)²/c(Cr₂O₇^2－) ；加水稀釋，反應物、生成物的濃度均減小，但生成物的濃度冪之積減小的更多，平衡正向移動；
（5）根據得失電子守恒法配平方程式，Cr₂O₇^2－中Cr為+6價，產物Cr(OH)₃中Cr為+3價；反應物中S元素的化合價為-2價，產物中S元素的化合價為+2價，Cr₂O₇^2－中Cr整體降6價，S整體升高8價，6、8的最小公倍數是24，所以6×4，Cr₂O₇^2－前的系數是4，Cr(OH)₃前的系數是8；8×3，所以S₂O₃^2－前的系數是3，S^2－前的系數是6，根據電荷守恒配平OH^－的系數是14，觀察法配平H₂O的系數是19，所以答案是 4  6  19  8  3  14 。