Question

为减少铬渣的危害并从中提取硫酸钠，设计工艺如下：

  

已知：①铬渣含有Na₂SO₄及少量Cr₂O₇^2-、Fe³⁺

②Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀(c≤1.0×10^-5mol·L^-1)时pH分别为3.6和5。

（1）“微热”的作用：①                      ；②                               。

（2）根据溶解度(S)~温度(T)曲线，操作B的最佳方法为             （填字母）

a. 蒸发浓缩，趁热过滤                b. 蒸发浓缩，降温结晶，过滤

（3）酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-还原成Cr³⁺，离子方程式为                           ；酸C为             ，Cr(OH)₃的溶度积常数K_sp[Cr(OH)₃]=                   。

（4）已知Cr(OH)₃在溶液中存在平衡H⁺+CrO₂^-(亮绿色)+H₂O⇌Cr(OH)₃(s)⇌Cr³⁺(紫色)+3OH^-,加入NaOH溶液时要控制pH为5，pH不能过高的理由是                      。

（5）根据2CrO₄^2-+2H⁺Cr₂O₇^2-+H₂O设计上图装置(均为惰性电极)电解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，图中左侧电极连接电源的    极，电解制备过程的总反应方程式为                      。测定阳极液中Na和Cr的含量，若Na与Cr的物质的量之比为d，则此时Na₂CrO₄的转化率为          。若选择用熔融K₂CO₃作介质的甲醇(CH₃OH)燃料电池充当电源，则负极反应式为                。

Answer

（1）①加快反应速率；②促进Fe3+水解生成Fe(OH)3而除去 （2）a

（3）3SO32-+Cr2O72-+8H+=2Cr3++3SO42-+4H2O ； H2SO4 ；1.0×10-32 mol4·L-4

（4）若NaOH过量，平衡逆移，Cr(OH)3溶解即Cr(OH)3+OH-= CrO2-+2H2O

（5）负 4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑ CH3OH―6e-+3CO32- = 4CO2+2H2O

【解析】

试题分析：(1)盐类的水解反应是吸热反应，所以“微热”的作用是①加快反应速率；②促进Fe3+水解生成Fe(OH)3而除去。

（2）根据溶解度曲线，可以看出温度较高时，随着温度的升高，Na2SO4的溶解度逐渐减少，所以采用蒸发浓缩，趋热过滤的方法，答案选a。

（3）酸化后Cr2O72-可被SO32-还原成Cr3+，SO32-被氧化成SO42-，根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平，反应的离子方程式为3SO32-+Cr2O72-+8H+=2Cr3++3SO42-+4H2O ；因为最终产品是Na2SO4，为避免产生杂质，酸C为硫酸；恰好完全沉淀时离子深度为c ≤1.0×10-5mol·L-1，Cr3+完全沉淀时pH=5，c（OH-）=1.0×10-9mol·L-1，所以Cr(OH)3的浓度积常数为Ksp=1.0×10-5×（1.0×10-9）3=1.0×10-32 mol4·L-4。

（4）已知Cr(OH)3在溶液中存在平衡H++CrO2-(亮绿色)+H2OCr(OH)3(s)Cr3+(紫色)+3OH-,加入NaOH溶液时要控制pH为5，若NaOH过量，平衡逆移，Cr(OH)3溶解，即发生反应Cr(OH)3+OH-= CrO2-+2H2O。

（5）根据示意图可知，图中右侧Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，需要H+，说明右侧电极发生OH-放电，使H2O的电离平衡向右移动，H+增多，所以右侧电极连接电源的正极，电极方程式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，左侧电极连接电源的负极，电极方程式为4H＋+4e－=2H2↑，所以电解制备过程的总反应方程式为4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑；设Na2CrO4的物质的量为1mol，转化率为x，根据三段式计算， 2Na2CrO4 — Na2Cr2O7

起始物质的量 1 0

变化物质的量 x 0.5x

最后物质的量 1-x 0.5x

若Na与Cr的物质的量之比为d，[2（1-x）+0.5x×2]:[1-x+0.5x×2]=d，解得x=2-d，所以此时Na2CrO4的转化率为。若选择用熔融K2CO3作介质的甲醇(CH3OH)燃料电池充当电源，甲醇在负极放电生成CO2，用CO32-平衡电荷，则负极反应式为CH3OH―6e-+3CO32- = 4CO2+2H2O。

考点：考查工业制硫酸钠的流程分析，沉淀溶解平衡的应用，电解池、原电池的工作原理。