Question

【題目】在我國的資源儲備中，鉻是重要的戰(zhàn)略金屬資源。以下是以某鉻渣(主要成分為Cr2O3，雜質(zhì)主要是FeO、SiO2等)為原料生產(chǎn)Cr2O3的工藝流程：

已知：Ksp[Mg(OH)2]＝1.8×10－11，Ksp[Cr(OH)3]＝6.4×10－31。

(1)若以氧化物形式表示礦物的組成，則Fe2SiO4可表示為____________。

(2)焙燒時通入氧氣的作用是__________________________________________

(3)“除雜”時加入MgSO4－(NH4)2SO4混合物與溶液中少量的PO43-、AsO43-、SiO32-反應(yīng)，使其分別轉(zhuǎn)化為NH4MgPO4、NH4MgAsO4、MgSiO3沉淀除去。測得反應(yīng)pH與除雜率的關(guān)系如圖所示。

①反應(yīng)過程中控制溶液pH為9，pH>9時除雜率降低的原因是_________。

②反應(yīng)的溫度控制在80 ℃左右，溫度不宜太高的主要原因是___________。

(4)“還原”時先調(diào)節(jié)溶液pH，再加入焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)。

①完成“還原”反應(yīng)的離子方程式：________Cr2O72-＋________S2O32-＋________===________Cr3＋＋________SO42-＋________

②已知鉻液中c(Cr2O72-)＝0.32 mol·L－1，為了不在還原過程中產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀，應(yīng)控制溶液的pH不大于________。

(5)“沉鉻”的主要副產(chǎn)物為________。

Answer 1

【答案】2FeO·SiO2 將Cr2O3、FeO氧化 pH過高時，Mg2＋、NH4+易轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2、NH3，影響沉淀的形成 銨鹽受熱易分解 2 3 10H＋ 4 6 5H2O 4 Na2SO4

【解析】

鉻渣（主要成分為Cr2O3，雜質(zhì)主要是FeO、SiO2等）為原料生產(chǎn)Cr2O3，鉻渣中加入碳酸鈉和氧氣焙燒發(fā)生反應(yīng)，將Cr2O3、FeO氧化得到燒渣，水浸過濾得到尾渣和浸出液，浸出液“除雜”時加入MgSO4-（NH4）2SO4混合物與溶液中少量的PO43-、AsO43-、SiO32-反應(yīng)，分別轉(zhuǎn)化為NH4MgPO4、NH4MgAsO4、MgSiO3沉淀除去，鉻液中加入焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）還原，得到還原液中加入氫氧化鈉沉鉻得到氫氧化鉻，煅燒得到氧化鉻，

（1）硅酸鹽改寫成氧化物的一般形式：活潑金屬氧化物、較活潑金屬氧化物、SiO2、水，結(jié)合原子守恒和化合價代數(shù)和為0改寫；

（2）焙燒時通入氧氣做氧化劑氧化亞鐵離子和三價鉻；

（3）①若pH>9，Mg2+、NH4+易轉(zhuǎn)化為Mg（OH）2、NH3；

②銨鹽受熱容易分解；

（4）①焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）將Cr2O72-轉(zhuǎn)化為毒性較低的Cr3+，同時焦亞硫酸鈉被氧化為硫酸鈉，根據(jù)電子守恒和原子守恒書寫方程式；

②結(jié)合溶度積常數(shù)計算氫氧根離子濃度，得到溶液中氫離子濃度計算溶液pH；
（5）焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）將Cr2O72-轉(zhuǎn)化為毒性較低的Cr3+，同時焦亞硫酸鈉被氧化為硫酸鈉，加入氫氧化鈉反應(yīng)沉淀鉻離子，生成硫酸鈉

(1)硅酸鹽改寫成氧化物的一般形式：活潑金屬氧化物、較活潑金屬氧化物、SiO2、水，結(jié)合原子守恒和化合價代數(shù)和為0改寫，Fe2SiO4可表示為2FeOSiO2，

故答案為：2FeOSiO2；

(2)焙燒時通入氧氣的作用是將Cr2O3、FeO氧化，

故答案為：將Cr2O3、FeO氧化；

(3)①反應(yīng)過程控制溶液pH為，,若pH>9除雜率降低的原因是pH過高時，Mg2+、NH4+易轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2、NH3，影響沉淀形成，

故答案為：pH過高時，Mg2+、NH4+易轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2、NH3，影響沉淀形成；

②反應(yīng)的溫度控制在80℃左右，溫度不宜太高的主要原因是銨鹽受熱分解，

故答案為：銨鹽受熱分解；

(4)①焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)將Cr2O72轉(zhuǎn)化為毒性較低的Cr3+，同時焦亞硫酸鈉被氧化為硫酸鈉，其反應(yīng)的離子方程式為： 2Cr2O72-＋3S2O32-＋10H+=4Cr3＋＋6SO42-＋5H2O ；

故答案為：2、3、10H+、4、6、5H2O；

②已知鉻液中c(Cr2O72-)＝0.32 mol·L－1，c(Cr3+)=2 c(Cr2O72-)＝0.64 mol·L－1，Ksp[Cr(OH)3]=6.4×1031，c(OH)==1010mol/L，c(H+)=1014/1010=104mol/L，為了不使還原過程產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀，應(yīng)控制反應(yīng)過程pH不大于4，

故答案為：4；

(5)結(jié)合還原反應(yīng)的產(chǎn)物可知，“沉鉻”主要副產(chǎn)物為Na2SO4，

故答案為：Na2SO4。