Question

【題目】鉻礦是冶金、國防、化工等領域不可缺少的礦產資源，其中的鉻鐵礦是唯一可開采的鉻礦石。工業上常用鉻鐵礦（主要含Fe2O3、FeO和Cr2O3,還含有MgO、Al2O3、SiO2等雜質）為原料制備重鉻酸鉀和三氧化二鐵，其流程如圖所示。

已知常見離子開始生成沉淀和沉淀完全的pH如下表所示。

請回答下列問題：

(1)鉻鐵礦與熔融 NaOH 和 NaCIO3的反應是在坩堝中進行的，可用作此坩堝材料的是___________.

A.鎳 B.剛玉（Al2O3) C. 陶瓷 D.石英

(2)寫出鉻鐵礦中的Cr2O3與熔融 NaOH和NaCIO3反應的化學方程式：___。由于在該過程中鐵元素會大量轉變為NaFeO2,所以加水的作用為__________________（用離子方程式表示）。

(3)“濾渣 2”的主要成分為_________（填化學式）。

(4)利用化學平衡移動原理解釋調節pH2約至4.5的原因是；再向其中加入KC1固體，蒸發濃縮至液體表面有晶膜產生，冷卻結晶，過濾得到粗重鉻酸鉀晶體。為獲得高純度重鉻酸鉀晶體，可采取___________（填操作名稱）。

(5)調節pH3的范圍為__________

(6)已知鉻鐵礦中鐵、鉻元素的質量比為14:13.上述流程中鐵元素轉化為Fe2O3的利用率為60%,提取鉻元素的轉化率為90%,如果得到Fe2O3的質量為32t,則可以制備K2Cr2O7的質量為______t(結果保留1位小數）。

Answer 1

【答案】A Cr2O3+4NaOH+NaClO3 Na2CrO4+NaCl+2H2O FeO2-+2H2O=OH-+Fe(OH)3↓ H2SiO3、Al(OH)3 因為存在平衡：2H++2CrO42-Cr2O72-+H2O,增大c(H+)使平衡正向移動，有利于產生Cr2O72- 3.2≦pH3<8.1 88.2

【解析】

結合題中的信息和工藝流程圖，鉻鐵礦的Cr2O3、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2與熔融 NaOH 和 NaCIO3反應生成Na2CrO4、NaFeO2、NaAlO2、Na2SiO3，從濾渣4灼燒得三氧化二鐵可知，加水，濾液1的溶質含有Na2CrO4、NaAlO2、Na2SiO3，濾渣1的成分為Fe(OH)3、MgO；濾液3里面主要含有Fe3+、Mg2+，通過調節pH3使Fe3+完全沉淀，而不Mg2+沉淀；濾液1的溶質含有Na2CrO4、NaAlO2、Na2SiO3，通過調節pH1，使NaAlO2、Na2SiO3，轉化為H2SiO3、Al(OH)3；濾液2通過調節pH2使CrO42-轉化為Cr2O72-；根據鉻鐵礦中鐵、鉻元素的質量比為14：13，即物質的量之比為1：1，再根據利用率可知，得到的Fe、Cr元素的物質的量之比為2：3，然后根據Fe2O3的質量計算出K2Cr2O7的質量。

（1）A．鎳不與氫氧化鈉反應，鎳可以作此坩堝材料，A正確；

B．Al2O3能與氫氧化鈉反應，故剛玉(Al2O3)不可以作此坩堝材料，B錯誤；

C．陶瓷的成分中含有二氧化硅，二氧化硅能與氫氧化鈉反應，故陶瓷不可以作此坩堝材料，C錯誤；

D．石英的成分是二氧化硅，二氧化硅能與氫氧化鈉反應，故陶瓷不可以作此坩堝材料，D錯誤；

答案選A；

（2）Cr2O3與熔融 NaOH和NaCIO3反應，被Cr2O3氧化為Na2CrO4，NaCIO3被還原為NaCI，其反應方程式為Cr2O3+4NaOH+NaClO3 Na2CrO4+NaCl+2H2O；由流程圖可以看出，Fe元素在過濾后進入濾渣中，說明NaFeO2能與水反應生成Fe(OH)3，反應方程式為FeO2-+2H2O=OH-+Fe(OH)3↓；

（3）在第一步中能溶于氫氧化鈉的除了 Cr2O3，還有Al2O3和SiO2，分別形成AlO2-和SiO32-，所以調節pH1的目的應該是為了出去Al元素和Si元素，故“濾渣2”的主要成分為H2SiO3、Al(OH)3；

（4）本過程的目的是為了獲得重鉻酸鉀，所以調節pH2的目的是將CrO42-轉化為Cr2O72-，存在平衡2H++2CrO42-Cr2O72-+H2O，增大c(H+)使平衡正向移動，有利于Cr2O72-的生成。從粗重鉻酸鉀晶體中獲得高純度重鉻酸鉀晶體的方法為重結晶；

（5）“濾液3”中主要存在的金屬離子為Fe3+、Mg2+，為了得到Fe(OH)3沉淀而不使Mg2+沉淀，應調節pH3的范圍是3.2≦pH3<8.1；

（6）鉻鐵礦中鐵、鉻元素的質量比為14：13，即物質的量之比為1：1，根據利用率可知，得到的Fe、Cr元素的物質的量之比為2：3，得到Fe2O3的質量為32t，即2×105mol，所以Cr元素的物質的量為6×105mol，即K2Cr2O7的物質的量為3×105mol，K2Cr2O7的質量為3×105mol×294g/mol=8.82×107g=88.2 t。