Question

工業上常用鉻鐵礦（有效成份為FeO·Cr₂O₃，主要雜質為SiO₂、Al₂O₃）為原料生產重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇），實驗室模擬工業法用鉻鐵礦制重鉻酸鉀的主要工藝流程如下圖，涉及的主要反應是：6FeO·Cr₂O₃＋24NaOH＋7KClO₃=12Na₂CrO₄＋3Fe₂O₃＋7KCl＋12H₂O，試回答下列問題：

（1）⑤中溶液金屬陽離子的檢驗方法是                                。
（2）步驟③被沉淀的離子為（填離子符號）                             。
（3）在反應器①中，二氧化硅與純堿反應的化學方程式為：                  。
（4）煙道氣中的CO₂可與H₂合成甲醇。CH₃OH、H₂的燃燒熱分別為：ΔH=－725.5 kJ/mol、ΔH=－285.8 kJ/mol，寫出工業上以CO₂、H₂合成CH₃OH的熱化學方程式：            。
（5）2011年云南曲靖的鉻污染事件，說明含鉻廢渣（廢水）的隨意排放對人類生存環境有極大的危害。電解法是處理鉻污染的一種方法，金屬鐵作陽極、石墨作陰極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，一段時間后產生Fe(OH)₃和Cr(OH)₃沉淀。
①寫出電解法處理廢水的總反應的離子方程式                               。
②已知Cr(OH)₃的K_sp=6.3×10^–31，若地表水鉻含量最高限值是0.1 mg/L，要使溶液中c(Cr³⁺)降到符合地表水限值，須調節溶液的c(OH^-)≥     mol/L（只寫計算表達式）。

Answer 1

（1）焰色反應 ；（2）SiO₃^2-、AlO₂^-；
（3）Na₂CO₃＋SiO₂Na₂SiO₃＋CO₂↑；
（4）CO₂(g)＋3H₂(g) = CH₃OH(l)＋H₂O(l) ΔH=－131.9 kJ/mol；
（5）① 6Fe＋Cr₂O₇^2-＋2H⁺＋17H₂O = 6Fe(OH)₃↓＋2Cr(OH)₃↓＋6H₂↑；
②（或或；）

試題分析：（1）⑤中溶液金屬陽離子K⁺的檢驗方法是用焰色反應來檢驗。具體是取光潔無繡的鐵絲或Pt絲，用鹽酸洗滌后在酒精燈的火焰上灼燒，待跟火焰顏色相同時蘸取待測液，在火焰上灼燒，并透過藍色Co玻璃來觀察火焰的顏色。若呈現紫色，就證明含有K⁺。（2）鉻鐵礦粉碎后加入NaOH、Na₂CO₃等堿性物質，SiO₂、Al₂O₃發生反應變為Na₂SiO₃、AlO₂－。當調節溶液的pH在7～8時，就轉化為H₂SiO₃、Al(OH)₃沉淀。因此步驟③被沉淀的離子為SiO₃^2-、AlO₂^-；（3）在反應器①中，二氧化硅與純堿反應的化學方程式為：Na₂CO₃＋SiO₂Na₂SiO₃＋CO₂↑。(4)CH₃OH、H₂的燃燒的熱化學方程式為：① CH₃OH(l)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)  ΔH=－725.5 kJ/mol ; ②H₂(g)+ 1/2O₂(g)=H₂O(l)  ΔH=－285.8 kJ/mol. ②×3－①。整理可得CO₂(g)＋3H₂(g) = CH₃OH(l)＋H₂O(l) ΔH=－131.9 kJ/mol；（5）①根據電子守恒、電荷守恒及質量守恒定律可得電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水的總反應的離子方程式為：6Fe＋Cr₂O₇^2-＋2H⁺＋17H₂O = 6Fe(OH)₃↓＋2Cr(OH)₃↓＋6H₂↑；②若地表水鉻含量最高限值是0.1 mg/L ，c(Cr³⁺) =1×10^-4g÷52g/mol/L=×10^-4 mol/L .Cr(OH)₃的K_sp=6.3×10^–31，即c(Cr³⁺)·c³(OH-)≥6.3×10^–31;
c³(OH-)≥6.3×10^–31÷×10^-4=6.3×52×10^-27.所以c(OH-)=.