题目

绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料，不产生废弃物，实现了 Cr—Fe—Al—Mg 的深度利用和 Na + 内循环。工艺流程如图： 回答下列问题： (1) 高温连续氧化工序中被氧化的元素是 ___ ( 填元素符号 ) 。 (2) 工序 ①的名称为 __ 。 (3) 滤渣的主要成分是 __ ( 填化学式 ) 。 (4) 工序 ③中发生反应的离子方程式为 ___ 。 (5) 物质 V 可代替高温连续氧化工序中的 NaOH ，此时发生的主要反应的化学方程式为 __ ，可代替 NaOH 的化学试剂还有 ___ ( 填化学式 ) 。 (6) 热解工序产生的混合气体最适宜返回工序 ___ ( 填 “ ① ” 或 “ ② ” 或 “ ③ ” 或 “ ④ ”) 参与内循环。 (7) 工序 ④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的 pH 为 __ 。 ( 通常认为溶液中离子浓度小于 10 -5 mol•L -1 为沉淀完全； A1(OH) 3 +OH - Al(OH) ： K =10 0.63 ， K w =10 -14 ， 答案： Fe 、 Cr 溶解浸出 MgO 、 Fe 2 O 3 2Na 2 CrO 4 +2CO 2 +H 2 O= Na 2 Cr 2 O 7 +2NaHCO 3 ↓ 4Fe ( CrO 2 ) 2 + 7O 2 +16NaHCO 3 8Na 2 CrO 4 +2 Fe 2 O 3 + 16CO 2 +8H 2 O Na 2 CO 3 ② 8.37 【分析】 由题给流程可知，铬铁矿、氢氧化钠和空气在高温下连续氧化发生的反应为，在熔融氢氧化钠作用下， Fe ( CrO 2 ) 2 被氧气高温氧化生成铬酸钠和氧化铁，氧化铝与熔融氢氧化钠反应转化为偏铝酸钠，氧化镁不反应；将氧化后的固体加水溶解，过滤得到含有氧化镁、氧化铁的滤渣 1 和含有过量氢氧化钠、铬酸钠、偏铝酸钠的滤液；将滤液在介稳态条件下分离得到铬酸钠溶液、氢氧化钠溶液和偏铝酸钠溶液；向铬酸钠溶液中通入过量的二氧化碳得到重铬酸钠和碳酸氢钠沉淀；向偏铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳气体得到氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠；向滤渣 1 中通入二氧化碳和水蒸气，氧化镁与二氧化碳和水蒸气反应转化为碳酸氢镁溶液；碳酸氢镁溶液受热分解得到碳酸镁固体和二氧化碳、水蒸气，二氧化碳、水蒸气可以在工序 ②循环使用；碳酸镁高温煅烧得到氧化镁。 【详解】 (1) 由分析可知，高温连续氧化工序中被氧化的元素是铁元素和铬元素，故答案为： Fe 、 Cr ； （ 2 ）由分析可知，工序 ①为将氧化后的固体加水溶解浸出可溶性物质，故答案为：溶解浸出； （ 3 ）由分析可知，滤渣 Ⅰ的主要成分是氧化铁和氧化镁，故答案为： MgO 、 Fe 2 O 3 ； （ 4 ）工序 ③中发生的反应为铬酸钠溶液与过量的二氧化碳反应生成重铬酸钠和碳酸氢钠沉淀，反应的离子方程式为 2Na 2 CrO 4 +2CO 2 +H 2 O= Na 2 Cr 2 O 7 +2NaHCO 3 ↓ ，故答案为： 2Na 2 CrO 4 +2CO 2 +H 2 O= Na 2 Cr 2 O 7 +2NaHCO 3 ↓ ； （ 5 ）碳酸氢钠代替高温连续氧化工序中的氢氧化钠发生的主要反应为高温下，， Fe （ CrO 2 ） 2 与氧气和碳酸氢钠反应生成铬酸钠、氧化铁、二氧化碳和水，反应的化学方程式为 4Fe ( CrO 2 ) 2 + 7O 2 +16NaHCO 3 8Na 2 CrO 4 +2 Fe 2 O 3 + 16CO 2 +8H 2 O ；若将碳酸氢钠换为碳酸钠也能发生类似的反应，故答案为： 4Fe ( CrO 2 ) 2 + 7O 2 +16NaHCO 3 8Na 2 CrO 4 +2 Fe 2 O 3 + 16CO 2 +8H 2 O ； （ 6 ）热解工序产生的混合气体为二氧化碳和水蒸气，将混合气体通入滤渣 1 中可以将氧化镁转化为碳酸氢镁溶液，则混合气体最适宜返回工序为工序 ②，故答案为：②； （ 7 ）工序 ④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的反应为 ，反应的平衡常数为 K 1 = = = =10 13.37 ，当 为 10 —5 mol/L 时，溶液中氢离子浓度为 = mol/L=10 —8.37 mol/L ，则溶液的 pH 为 8.37 ，故答案为： 8.37 。

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