Question

工业上常以铬铁矿（主要成分为亚铬酸亚铁FeCr₂O₄，还含有Al₂O₃、SiO₂等杂质）为主要原料生产红矾钠（Na₂Cr₂O₇），某实验小组模拟其流程如下图所示：

（1）FeCr₂O₄中Cr的化合价为____________，步骤①焙烧时所用的仪器名称为_________；步骤①中生成Na₂CrO₄的化学方程式为________________________。   

（2）步骤①煅烧反应极慢，需要升温至纯碱呈熔融状态，反应速率才加快，其主要原因为________。

（3）步骤②过滤时所用到的玻璃仪器有________________；

（4）涉骤③用硫酸将溶液的pH调至中性，所得滤渣2的主要成分是__________、__________；

（5）步骤④向滤液2加入硫酸酸化过程中，溶液由黄色变为橙色，反应的离子方程式为___________。

（6）下图是Na₂Cr₂O₇·2H₂O和Na₂SO₄的溶解度曲线，步骤④中获得副产品Na₂SO₄的实验操作方法为____________________。

Answer

+3 （铁）坩埚 4FeCrO4+7O2+ 8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 纯碱熔化后，增大反应物的接触面积，使反应速率加快 漏斗、烧杯、玻璃棒 H2SiO3（H4SiO3或 SiO2·H2O）、Al(OH)3 2CrO42- + 2H+ = Cr2O72-+ H2O 将滤液2加热浓缩后趁热过滤得副产品 Na2SO4 〉

【解析】反应① 4FeCrO4+7O2＋ 8Na2CO3 2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 ② NaFeO2和水反应会产生红褐色沉淀，即NaFeO2+2H2O=NaOH+Fe(OH)3 ↓，生成的氢氧化钠和氧化铝反应生成偏铝酸钠，和二氧化硅反应生成硅酸钠，滤液1的成分除Na2CrO4外，还含有偏铝酸钠和硅酸钠，③调节PH至中性，滤液1中含有Na2SiO3、NaAlO2，调节pH可生成Al(OH)3 、H2SiO3，④Cr2O72－+H2O 2CrO42－+2H＋，所以滤液2中的铬酸钠转化为Na2Cr2O7溶液应采取的措施是加硫酸酸化。

（1）根据化合价规则：化合物中各个元素的化合价代数和是0，Fe是+2价，O是-2价，所以FeCr2O4中Cr元素的化合价是+3，故答案为：+3；步骤①焙烧时，原料中有Na2CO3，不能用硅酸盐坩埚，故所用的仪器名称为（铁）坩埚 ；步骤①中FeCr2O4中亚铁被氧化，空气中O2为氧化剂，方程式为 4FeCrO4+7O2+ 8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 ；（2）步骤①煅烧反应极慢，需要升温至纯碱呈熔融状态，变成液体后离子接触机会增多，反应速率加快，使反应速率加快；（3）步骤②过滤时所用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒，（4）涉骤③用硫酸将溶液的pH调至中性，SiO32―＋2H2O=H2SiO3＋2OH― ，AlO2―＋2H2OAl(OH)3＋OH― ，所得滤渣2的主要成分是H2SiO3（H4SiO3或 SiO2·H2O）、Al(OH)3 ；（5）步骤④向滤液2加入硫酸酸化过程中，溶液由黄色变为橙色，铬酸钠转化为Na2Cr2O7溶液，2CrO42- + 2H+ = Cr2O72-+ H2O；（6）由溶解度曲线图加热时，重铬酸钠的溶解度随温度的升高而增大，而Na2SO4在温度较高时溶解度却较小，将滤液2加热浓缩后趁热过滤得副产品 Na2SO4 。

点睛：解化工工艺流程题，首先，浏览全题，确定该流程的目的，生产红矾钠（Na2Cr2O7）；由何原料获得何产物（副产物）,对比原料和产物：NaFeO2和水反应会产生红褐色沉淀，即NaFeO2+2H2O=NaOH+Fe(OH)3 ↓，生成的氢氧化钠和氧化铝反应生成偏铝酸钠，和二氧化硅反应生成硅酸钠，滤液1的成分除Na2CrO4外，还含有偏铝酸钠和硅酸钠；其次，精读局部，明确反应原理——确定各步的反应物、生成物。逐个分析反应①到④，确定各步的生成物；第三，针对问题再读图，明确要求，科学表述、规范书写，如（1）要写化学反应方程式，而（5）要写反应的离子方程式，要准确答题。