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一、铬元素特性与高考考点分析

1. 铬元素基本特性

原子结构：Cr (24 号元素)，价层电子排布3d⁵4s¹，多种价态 (+2、+3、+6，以 + 3、+6 为主)

+6 价:强氧化性，酸性条件下以Cr₂O₇²⁻(橙红色) 存在，碱性条件下以CrO₄²⁻(黄色) 存在，相互转化：

2CrO₄²⁻ + 2H⁺ ⇌ Cr₂O₇²⁻ + H₂O

+3 价:最稳定价态，灰绿色，具有两性，Cr(OH)₃可溶于强酸和强碱

+2 价:不稳定，天蓝色，强还原性，易被氧化为 + 3 价

2. 高考铬工艺流程命题特点

原料来源：铬铁矿 (FeCr₂O₄)、铬钒渣、含铬不锈钢废渣、电镀污泥等

主要产品：重铬酸钾 / 钠、三氧化二铬 (铬绿)、金属铬等

核心考点：

铬铁矿氧化焙烧反应 (方程式配平、氧化剂选择)

铬 (III) 与铬 (VI) 的价态转化 (条件控制、方程式书写)

杂质 (铁、铝、硅) 的分离与去除 (沉淀 pH 控制、反应原理)

重铬酸盐制备 (酸化条件、结晶控制)

金属铬提取 (还原方法、电解原理)

二、典型铬工艺流程详解

1. 铬铁矿制备重铬酸钾 (K₂Cr₂O₇) 工艺流程

(1) 氧化焙烧(核心步骤，★★★必考)

原料：铬铁矿 (FeCr₂O₄) + 碳酸钠 (Na₂CO₃) + 氧化剂 (NaNO₃/O₂)条件：高温 (1100℃)、空气过量、铁坩埚中熔融

核心反应：4FeCr₂O₄ + 8Na₂CO₃ + 7O₂ = 8Na₂CrO₄ + 2Fe₂O₃ + 8CO₂↑

反应本质：Fe²⁺被氧化为 Fe³⁺，Cr³⁺被氧化为 Cr⁶⁺；Na₂CO₃作熔剂降低熔点，NaNO₃/O₂作氧化剂，生成可溶性Na₂CrO₄和不溶性Fe₂O₃

真题示例：2017 全国卷 III 第 27 题配平系数比为2:7(FeO·Cr₂O₃:NaNO₃)

(2) 浸取与过滤

操作：焙烧产物水浸→过滤

滤液:含 Na₂CrO₄、NaAlO₂、Na₂SiO₃等可溶性盐

滤渣:主要为 Fe₂O₃，含少量 MgO (★高考常问成分)

(3) 除杂(★★高频考点)

① 调节 pH 除铝硅：

加入稀酸 (如醋酸) 调节 pH 至 7~8

关键反应：AlO₂⁻ + H⁺ + H₂O = Al(OH)₃↓；SiO₃²⁻ + 2H⁺ = H₂SiO₃↓

滤渣:Al (OH)₃和 H₂SiO₃混合物，滤液：纯 Na₂CrO₄溶液

② 除铁：若滤液仍含 Fe³⁺，可加入还原剂 (如 SO₂) 将 Fe³⁺还原为 Fe²⁺，再调节 pH 至 3.2~3.8 使 Fe (OH)₃沉淀

(4) 酸化转化(★★★必考)

操作：向 Na₂CrO₄溶液中加入硫酸酸化至 pH<5

核心反应：2Na₂CrO₄ + H₂SO₄ = Na₂Cr₂O₇ + Na₂SO₄ + H₂O

转化原理：降低 pH 促进平衡2CrO₄²⁻ + 2H⁺ ⇌ Cr₂O₇²⁻ + H₂O，向右移动，溶液颜色变化：黄色→橙红色(高考常考现象)

(5) 复分解结晶

操作：向 Na₂Cr₂O₇溶液中加入 KCl 固体→蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥

核心反应：Na₂Cr₂O₇ + 2KCl = K₂Cr₂O₇ + 2NaCl

原理：K₂Cr₂O₇溶解度小于 Na₂Cr₂O₇，加入 KCl 后优先结晶；通过控制温度 (高温浓缩、低温结晶) 提高产率和纯度

2. 铬钒渣中提取铬和钒工艺流程

(1) 碱熔氧化

原料：铬钒渣 (含低价态铬钒酸盐) + Na₂CO₃ + NaOH + O₂条件：高温 (800~900℃)、空气

反应：4CrO₂⁻ + 3O₂ + 2CO₃²⁻ = 4CrO₄²⁻ + 2CO₂；2VO₂⁻ + O₂ + 2CO₃²⁻ = 2VO₄³⁻ + 2CO₂↑

(2) 水浸过滤：

滤液：Na₂CrO₄、Na₃VO₄、NaAlO₂、Na₂SiO₃；滤渣：Fe₂O₃、MgO 等

(3) 分离铬钒(★★高频考点)

① 酸化沉钒：

调节 pH 至 2~3，VO₄³⁻转化为 V₂O₅・xH₂O 沉淀；过滤后滤渣：钒酸沉淀，滤液：含 Na₂Cr₂O₇

② 还原沉铬：向含铬滤液中加入还原剂 (如 Na₂S₂O₃)，调节 pH 至 7~8

反应：4Cr₂O₇²⁻ + 3S₂O₃²⁻ + 26H⁺ = 8Cr³⁺ + 6SO₄²⁻ + 13H₂O；Cr³⁺ + 3OH⁻ = Cr(OH)₃↓

滤渣:Cr (OH)₃，可进一步处理得金属铬或 Cr₂O₃

三、铬工艺流程核心技术与高考考点详解

1. 氧化焙烧技术 (★★★必考)

核心方程式配平技巧：以铬铁矿与碳酸钠、氧气反应为例：

确定变价元素：Cr: +3→+6 (每个 Cr 原子失 3e⁻)；Fe: +2→+3 (每个 Fe 原子失 1e⁻)；O: 0→-2 (每个 O 原子得 2e⁻)

最小公倍数配平：4FeCr₂O₄ + 8Na₂CO₃ + 7O₂ = 8Na₂CrO₄ + 2Fe₂O₃ + 8CO₂↑

高考考查点：

配平系数 (如 2017 全国卷 III 中 FeO・Cr₂O₃与 NaNO₃系数比为 2:7)

氧化剂选择 (空气、NaNO₃、KClO₃等)

反应条件 (高温、碱性环境)

产物判断 (可溶性铬酸盐、不溶性铁氧化物)

2. 铬 (VI) 与铬 (III) 转化条件控制 (★★★必考)

转化规律：

Cr(III)→Cr(VI):碱性条件 + 氧化剂 (如 O₂、H₂O₂)

2Cr(OH)₃ + 3H₂O₂ + 4OH⁻ = 2CrO₄²⁻ + 8H₂O

Cr(VI)→Cr(III):酸性条件 + 还原剂 (如 Fe²⁺、SO₂、Na₂S₂O₃)

Cr₂O₇²⁻ + 6Fe²⁺ + 14H⁺ = 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O

pH 控制要点：

pH<5:主要以 **Cr₂O₇²⁻** 形式存在

pH>8:主要以 **CrO₄²⁻** 形式存在

pH=7~8:适合 Al (OH)₃、H₂SiO₃沉淀，不影响铬酸盐

真题示例：2025 河北卷 "酸化时需加压原因"→加压可提高 CO₂溶解度，促进反应进行，提高转化率

3. 杂质分离技术 (★★高频考点)

铁铝硅分离流程：

操作要点：

先将 Fe²⁺氧化为 Fe³⁺(氧化剂如 O₂、H₂O₂)，提高沉淀效率

控制 pH 避免形成胶体 (如 Fe (OH)₃胶体吸附铬离子)

过滤后洗涤沉淀，减少铬损失

4. 金属铬制备方法

(1) 铝热法(★★高频考点)

Cr₂O₃ + 2Al = 2Cr + Al₂O₃(高温条件)

应用:从 Cr₂O₃制备高纯度金属铬

特点:反应剧烈，需引燃剂，适合小规模生产

(2) 电解法

阳极:粗铬；阴极：纯铬；电解液：CrCl₃或 Cr₂(SO₄)₃酸性溶液

阴极反应:Cr³⁺ + 3e⁻ = Cr

阳极反应:Cr - 3e⁻ = Cr³⁺

应用:高纯铬制备 (纯度> 99.9%)

四、高考真题铬工艺流程详解

1. 2017 全国卷 III (铬铁矿制重铬酸钾)

原题：重铬酸钾是重要化工原料，由铬铁矿 (FeO・Cr₂O₃) 制备，含硅铝杂质。

工艺流程：铬铁矿→焙烧→水浸→过滤→调节pH→酸化→结晶→K₂Cr₂O₇

核心考点：

焙烧反应配平 (FeO・Cr₂O₃与 NaNO₃系数比 2:7)

滤渣成分 (Fe₂O₃、MgO)

调节 pH (7~8) 目的 (沉淀 Al (OH)₃、H₂SiO₃)

酸化原理 (2CrO₄²⁻ + 2H⁺ ⇌ Cr₂O₇²⁻ + H₂O)

K₂Cr₂O₇晶体获得方法 (加 KCl、蒸发浓缩、冷却结晶)

2. 2025 河北卷 (铬铁矿闭环制备重铬酸钾)

核心创新：钾资源循环利用，绿色化学理念

关键考点：

基态铬原子价层电子排布 (3d⁵4s¹)

煅烧反应方程式 (铬铁矿 + 碳酸钠 + 氧气)

浸取后滤渣成分

酸化工序加压原因 (提高 CO₂溶解度，促进反应)

钾资源回收方法 (母液循环利用)

3. 2021 辽宁卷 (铬钒渣提铬)

工艺流程：铬钒渣→碱熔→水浸→除杂→沉钒→沉铬→Cr(OH)₃

核心考点：

碱熔氧化反应 (铬钒低价态转化为高价态)

钒铬分离条件 (pH 控制、还原剂选择)

沉铬反应 (六价铬还原为三价铬沉淀)

氢氧化铬用途 (Cr₂O₃或金属铬原料)

五、铬工艺流程题解题策略

1. 工艺流程分析四步法

Step 1：明确原料与目标产物

分析原料组成 (主成分、杂质)，确定产物形态

标注铬元素价态变化 (关键)

Step 2：拆解流程为单元操作

预处理→核心反应→分离纯化→产品制备

标注每步操作目的、条件 (pH、温度)、试剂

Step 3：重点分析铬价态转化

确定氧化还原步骤 (氧化剂 / 还原剂、条件)

写出关键方程式 (配平、条件、现象)

Step 4：关注 pH 控制与杂质分离

明确各 pH 区间目的 (沉淀、转化、结晶)

分析杂质分离原理 (选择性沉淀、萃取等)

2. 高考常考题型答题模板

(1) 方程式书写(★★★必考)

示例：铬铁矿焙烧反应

确定反应物、产物及价态变化

电子守恒配平 (先配氧化剂、还原剂)

电荷守恒 (酸性加 H⁺，碱性加 OH⁻)

原子守恒 (最后补水)

(2) pH 控制目的(★★高频考点)

模板："调节 pH 至 X 的目的是使 XX 离子完全沉淀 (或转化)，而目标离子不沉淀 (或不转化)，实现分离。"

示例：调节 pH=7~8 沉淀铝硅，"使 AlO₂⁻和 SiO₃²⁻分别转化为 Al (OH)₃和 H₂SiO₃沉淀，而 CrO₄²⁻留在溶液中，实现铬与铝硅分离。"

(3) 氧化剂 / 还原剂选择

模板："选择 XX 作氧化剂 (还原剂) 的原因是能将 XX 价态的铬氧化 (还原) 为 XX 价态，且不引入新杂质 (或易分离)。"

示例：酸化还原步骤选择 FeSO₄，"Fe²⁺能将 Cr (VI) 还原为 Cr (III)，且反应生成的 Fe³⁺可通过调节 pH 沉淀分离，不引入新杂质。"

六、总结与提分要点

铬工艺流程核心规律：

价态转化:碱性氧化 (+3→+6)，酸性还原 (+6→+3)

pH 控制:低 pH (Cr₂O₇²⁻)，高 pH (CrO₄²⁻)，中 pH (除杂)

杂质分离:先铁铝硅，后铬钒分离，控制 pH 是关键

提分要点：

熟练掌握铬元素价态转化方程式(配平、条件、现象)

理解pH 控制在铬工艺流程中的核心作用

掌握氧化焙烧反应配平技巧 (2017 全国卷 III 必考)

熟悉重铬酸钾制备流程 (酸化、复分解、结晶)

强化钒铬分离原理理解 (2021 辽宁卷重点)

实战建议：

解答铬工艺流程题时，先快速浏览全题了解框架，然后按 "原料→预处理→核心反应→分离纯化→产品" 顺序逐步分析，重点关注价态变化和 pH 控制，结合物质性质和反应原理作答。