Question

15．鉻鐵礦是最難分解的礦石之一，加工前需將礦樣充分粉碎．其主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有SiO₂、Al₂O₃等雜質(zhì)，以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）的過程如圖所示．
已知：NaFeO₂+2H₂O═NaOH+Fe（OH）₃↓
請回答：
（1）煅燒前應(yīng)將鉻鐵礦充分粉碎，其目的是增大表面積，提高反應(yīng)速率，反應(yīng)更充分．灼燒是中學(xué)化學(xué)中常用的操作方法．如在實(shí)驗(yàn)室中將鉻鐵礦和NaOH固體混合物灼燒，從以下各實(shí)驗(yàn)儀器中選擇必要的有BCD．
A．陶瓷坩堝  B．鐵坩堝  C．三腳架  D．泥三角
（2）煅燒過程中FeO•Cr₂O₃發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是4FeO•Cr₂O₃+7O₂+20NaOH$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10H₂O．
（3）制備過程中雜質(zhì)SiO₂、Al₂O₃最終分別以（寫化學(xué)式）H₂SiO₃、Al（OH）₃的形式被除去．
（4）向黃色的濾液2中加稀硫酸，觀察到溶液逐漸變?yōu)槌壬�．請結(jié)合化學(xué)平衡原理和必要的文字，對此過程給予合理解釋由于2CrO₄^2-+2H⁺Cr₂O₇^2-+H₂O的存在，加稀硫酸增大了H⁺的濃度，平衡正向移動，使CrO₄^2-濃度減小，Cr₂O₇^2-濃度增大，溶液由黃色變?yōu)槌壬��?br />（5）向Na₂Cr₂O₇溶液加入KC1固體，獲得K₂Cr₂O₇晶體能廟橐作并衣次是：加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．

Answer 1

分析 鉻鐵礦通過焙燒，生成Na₂CrO₄、NaFeO₂、Na₂SiO₃、NaOH和NaAlO₂的混合體系，然后加水溶解得固體氫氧化鐵和溶液Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaOH、NaAlO₂，再調(diào)節(jié)溶液的pH，使偏鋁酸鹽完全沉淀，硅酸鹽完全沉淀；繼續(xù)調(diào)節(jié)溶液的pH使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化鉀，生成溶解度極小的K₂Cr₂O₇，
（1）增大接觸面積可加快反應(yīng)速率，用坩堝加熱固體，注意氫氧化鈉和二氧化硅的反應(yīng)；
（2）根據(jù)流程圖可知反應(yīng)物有FeO•Cr₂O₃、O₂和20NaOH，生成物有Na₂CrO₄、NaFeO₂、10H₂O，以此可書寫化學(xué)方程式，注意配平；
（3）二氧化硅、氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，加入酸分別生成程度；
（4）CrO₄^2-與Cr₂O₇^2-存在相互轉(zhuǎn)化，為可逆反應(yīng)；
（5）從溶液中得到晶體，可進(jìn)行加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作．

解答 解：（1）增大接觸面積會加快反應(yīng)速率，堿浸前將銘鐵礦粉碎的作用是增大接觸面積加快反應(yīng)速率，反應(yīng)更充分；灼燒固體的容器為坩堝，陶瓷坩堝中含有SiO₂，與NaOH發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以應(yīng)選用鐵坩堝，坩堝應(yīng)固定在三腳架和泥三角上，故BCD正確，
故答案為：增大表面積，提高反應(yīng)速率，反應(yīng)更充分；BCD；
（2）根據(jù)流程圖可知反應(yīng)物有FeO•Cr₂O₃、O₂和20NaOH，生成物有Na₂CrO₄、NaFeO₂、10H₂O，配平可得化學(xué)方程式：4FeO•Cr₂O₃+7O₂+20NaOH$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10H₂O，
故答案為：4FeO•Cr₂O₃+7O₂+20NaOH$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10H₂O；
（3）由于硅酸鈉和偏鋁酸鈉在溶液中發(fā)生水解，SiO₃^2-+H₂O?HSiO₃^-+OH^-、HSiO₃^-+H₂O?H₂SiO₃+OH^-、AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，降低pH有利于水解平衡向正反應(yīng)方向移動，當(dāng)pH調(diào)到7～8時能使它們完全水解生成沉淀，最終生成H₂SiO₃ 和Al（OH）₃，
故答案為：H₂SiO₃；Al（OH）₃；
（4）CrO₄^2-為黃色，Cr₂O₇^2-為橙色，溶液中存在平衡：2CrO₄^2-+2H⁺ Cr₂O₇^2-+H₂O，加稀硫酸增大了H⁺的濃度，平衡正向移動，使CrO₄^2-濃度減小，Cr₂O₇^2-濃度增大，溶液由黃色變?yōu)槌壬��?br />故答案為：由于2CrO₄^2-+2H⁺ Cr₂O₇^2-+H₂O的存在，加稀硫酸增大了H⁺的濃度，平衡正向移動，使CrO₄^2-濃度減小，Cr₂O₇^2-濃度增大，溶液由黃色變?yōu)槌壬��?br />（5）向Na₂Cr₂O₇溶液中加入KCl固體，加熱時，重鉻酸鈉的溶解度隨溫度的升高而增大，但是氯化鉀的受溫度影響不大，所以獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，故答案為：冷卻結(jié)晶．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)制備流程和方案的分析判斷，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，注意把握物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用，題干信息的分析理解，操作步驟的注意問題和基本操作方法是解題關(guān)鍵，題目難度較大．