Chromium (Z = 24) được biết đến là kim loại cứng nhất trong tự nhiên [đã giải]

Chromium (Z = 24) được biết đến là kim loại cứng nhất trong tự nhiên. Khoảng 80% sản lượng chromium toàn thế giới được sử dụng cho việc sản xuất thép không gỉ (inox). Quy trình sản xuất chromium từ quặng chromite (thành phần chính là FeCr2O4) qua các giai đoạn sau:
• Giai đoạn 1: Quặng chromite được nghiền nhỏ, trộn với Na2CO3 và nung trong lò ở nhiệt độ trên 1000°C với sự có mặt của không khí: 4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 → 8Na2CrO4 + 2Fe2O3 +  8CO2.
• Giai đoạn 2: Hỗn hợp thu được sau khi nung được hòa tan vào nước thu được dung dịch màu vàng, trong khi các tạp chất không tan bị loại bỏ. Thêm dung dịch H2SO4 vào dung dịch màu vàng tạo thành dung dịch màu da cam: 2Na2CrO4 + H2SO4 → Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O.
• Giai đoạn 3: Khử muối Na2Cr2O7 bằng than cốc ở nhiệt độ cao: Na2Cr2O7 + 2C → Cr2O3 + Na2CO3 + CO.
• Giai đoạn 4: Cr2O3 được trộn với bột Al rồi kích hoạt phản ứng bằng mồi cháy (Mg + KClO3) để xảy ra phản ứng nhiệt nhôm: Cr2O3(s) + 2Al(s) → Al2O3(s) + 2Cr(s). Cho biết nhiệt tạo thành chuẩn của Cr2O3(s) và Al2O3(s) lần lượt là –1128,6 kJ/mol và –1676,0 kJ/mol.
a) Từ 2,24 tấn quặng chromite (chứa 52% FeCr2O4, còn lại là các tạp chất trơ), hiệu suất cả quá trình đạt 85% thì thu được 460 kg chromium. (Chỉ làm tròn ở phép tính cuối cùng, kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).
b) Chromium thường dùng để sản xuất thép không gỉ do tạo lớp màng Cr2O3 mỏng, bền, giúp ngăn chặn quá trình oxi hóa và ăn mòn điện hóa.
c) Nguyên tử Cr ở trạng thái cơ bản có 6 electron độc thân, có số oxi hóa cao nhất là +6 trong hợp chất.
d) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng nhiệt nhôm ở giai đoạn 4 bằng +547,4 kJ, là phản ứng thu nhiệt mạnh nên cần phải cung cấp nhiệt suốt quá trình xảy ra.