Question

铝热法冶炼金属铬的矿渣中含有Cr₂O₇、Al₂O₃及少量Fe₂O₃，从中提取铬与铝有酸法和碱法两种工艺。请回答：

I．酸法。矿渣经硫酸浸取后，浸取液通过电沉积得到单质Cr；向剩余溶液中加碱回收得到Al(OH)₃。

(1)为提高矿渣的浸取率，可采取的措施有_____(写出两点)。

(2)电沉积时，阴极的电极反应式为______________。

II.    碱法。工艺流程如下：

已知：①“焙烧”后固体成分为Na₂CrO₄、NaAlO₂、NaFeO₂。

②、Zn²⁺均可与EDTA1：1结合成络离子；Zn²⁺可与PAN1：1结合成紫红色络合物，且结合能力弱于EDTA。

(3)浸渣的主要成分为Fe(OH)₃。则“浸取”时发生反应的离子方程式为_________。

(4)“浸取”后所得溶液中Al的含量可用EDTA滴定法测定：

①取20.00mL浸取液于锥形瓶中，加入c₁mol•L^-1EDTA标准液V₁mL(稍过量)；

②依次用盐酸、醋酸钠—醋酸缓冲溶液调溶液至酸性，加热后滴入PAN指示剂；

③用c₂mol•L^-1ZnSO₄标准液滴定至溶液恰好呈紫红色，消耗标准液V₂mL。则“浸取”后所得溶液中Al的含量为_________g•L^-1(填计算式即可)。

(5)“碳分”时通入CO₂后，通过_____    (填操作名称)，即可得到纯净的Al₂O₃。

(6)“还原”时发生主要反应的离子方程式为__________。

(7)“沉淀”时，当c(Cr³⁺)≤10^-5mol•L^-1时，应调节溶液的pH至少为_________。（K_sp[Cr(OH)₃]=1.0×10^-32）

Answer

适当增加硫酸浓度、升高反应温度、减小矿渣粒径、增加浸取时间、搅拌(任意两点) Cr3++3e- = Cr +2H2O= Fe(OH)3↓+OH- 过滤、洗涤、加热 8+3+34H+=6+8Cr3++17H2O或4+3+26H+=6+8Cr3++13H2O 5

【解析】

Ⅰ.结合浸取速率的影响因素分析，根据电解池原理分析解答；

Ⅱ.由题干信息，根据工艺流程分析可知，矿渣中加入纯碱在空气中焙烧生成Na2CrO4、NaAlO2、NaFeO2，再加水浸取，发生反应+2H2O=Fe(OH)3↓+OH-，浸渣为Fe(OH)3，向浸取液中通入CO2，发生反应2H2O+NaAlO2+CO2=NaHCO3+Al(OH)3↓，过滤后滤液中含有Na2CrO4，再向滤液中加入Na2S2O3和稀硫酸，Na2CrO4被还原为Cr3+，再加入氨水沉淀可得到Cr(OH)3，据此分析解答。

Ⅰ.(1)酸浸时，可采用适当增加硫酸浓度、升高反应温度、减小矿渣粒径、增加浸取时间、搅拌等方法提高矿渣的浸取率，故答案为：适当增加硫酸浓度、升高反应温度、减小矿渣粒径、增加浸取时间、搅拌(任意两点)；

(2)电沉积时，C3+在阴极得到电子生成Cr，电极反应式为Cr3++3e- =Cr，故答案为：Cr3++3e- =Cr；

Ⅱ.(3)根据上述分析可知，加水浸取，发生反应+2H2O=Fe(OH)3↓+OH-，浸渣为Fe(OH)3，故答案为：+2H2O=Fe(OH)3↓+OH-；

(4)已知、Zn2+均可与EDTA以1：1结合成络离子；Zn2+可与PAN1：1结合成紫红色络合物，且结合能力弱于EDTA，则消耗的EDTA的物质的量为(c1V1-c2V2)×10-3mol，则Al的物质的量为(c1V1-c2V2)×10-3mol，其质量为27g/mol×(c1V1-c2V2)×10-3mol=27(c1V1-c2V2)×10-3g，则溶液中Al的含量为，故答案为：；

(5)“碳分”时，向浸取液中通入CO2，发生反应2H2O+NaAlO2+CO2=NaHCO3+Al(OH)3↓，过滤得到Al(OH)3沉淀，将沉淀洗涤后加热可直接分解得到纯净的Al2O3，故答案为：过滤、洗涤、加热；

(6)过滤后滤液中含有Na2CrO4，再向滤液中加入Na2S2O3和稀硫酸，Na2CrO4被还原为Cr3+，根据氧化还原反应得失电子守恒规律可得，反应的离子方程式为8+3+34H+=6+8Cr3++17H2O或4+3+26H+=6+8Cr3++13H2O，故答案为：8+3+34H+=6+8Cr3++17H2O或4+3+26H+=6+8Cr3++13H2O；

(7)根据沉淀溶解平衡Cr(OH)3Cr3++3OH-可得，Ksp[Cr(OH)3]=c(Cr3+)·c3(OH-)，则当c(Cr3+)=10-5mol•L-1时，，则pOH=-lg[c(OH-)]=9，pH=14-pOH=5，所以应调节溶液的pH至少为5，故答案为：5。