Question

3．鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質(zhì)，以下是以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）的流程圖：

已知：①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{一定條件}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{一定條件}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；
根據(jù)題意回答下列問題：
（1）操作I在常溫下該反應(yīng)速度極慢，下列措施中能使反應(yīng)速率增大的是AC．
A．升高溫度       B．增加純堿的用量    C．將原料粉碎
（2）固體X中主要含有Fe₂O₃、MgO（填寫化學(xué)式）；
（3）酸化步驟用鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5，使含鉻物質(zhì)發(fā)生了轉(zhuǎn)化，請寫出其離子反應(yīng)方程式2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O．
（4）操作Ⅳ由多步組成，獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．
（5）表是相關(guān)物質(zhì)的溶解度數(shù)據(jù)，操作Ⅲ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl→K₂Cr₂O₇↓+2NaCl．該反應(yīng)在溶液中能發(fā)生的理由是K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇�。ɑ蛩姆N物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�．（文字說明）

物質(zhì)	溶解度/（g/100g水）
	0°C	40°C	80°C
KCl	28	40.1	51.3
NaCl	35.7	36.4	38
K2Cr2O7	4.7	26.3	73
Na2Cr2O7	163	215	376

（6）副產(chǎn)品Y主要含氫氧化鋁，還含少量其它難溶雜質(zhì)，精確分析Y中氫氧化鋁含量的方法是稱取n g樣品，加入過量NaOH溶液、溶解、過濾、取濾液，在其中通入過量二氧化碳、…灼燒、冷卻、稱量，得干燥固體m g．計算樣品中氫氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{26m}{17n}$（用含m、n的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 鉻鐵礦通過焙燒4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{一定條件}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑，Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{一定條件}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合體系，然后加水溶解經(jīng)操作Ⅱ得固體X為：Fe₂O₃、MgO和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，再調(diào)節(jié)溶液的PH，使偏鋁酸鹽完全沉淀，操作Ⅲ得到Y(jié)為氫氧化鋁，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，Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl，生成溶解度極小的K₂Cr₂O₇，結(jié)晶得到晶體．
（1）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素進(jìn)行判斷；
（2）依據(jù)流程圖和題干反應(yīng)分析判斷固體X中主要含有Fe₂O₃、MgO；
（3）結(jié)合流程圖和反應(yīng)過程中得到物質(zhì)分析，酸化步驟用醋酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5為了轉(zhuǎn)化CrO₄^2-離子為Cr₂O₇^2-；
（4）溶液中得到溶質(zhì)晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌步驟分析回答；
（5）依據(jù)物質(zhì)溶解度比較分析，反應(yīng)向溶解度小的方向進(jìn)行；
（6）利用氫氧化鋁是兩性氫氧化物和強(qiáng)堿反應(yīng)溶解，少量鎂、鐵的難溶化合物不溶解；分離提取溶液中的偏鋁酸鈉可以根據(jù)實驗室制取氫氧化鋁沉淀的方法進(jìn)行，通入二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀；灼燒后得到氧化鋁，依據(jù)元素守恒計算得到．

解答 解：（1）A．升高溫度，可以加快反應(yīng)速率，故A正確；
B．將原料粉碎，增大了接觸面積，可以加快反應(yīng)速率，故B正確；
C．純堿是固體，不涉及濃度問題，所以改變純堿的量，不能改變反應(yīng)速率，故C錯誤；
故答案為：AC；
（2）鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質(zhì)，加入氧氣和碳酸鈉，發(fā)生反應(yīng)為：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{一定條件}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{一定條件}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，操作Ⅰ是過濾得到固體X為Fe₂O₃、MgO，
故答案為：Fe₂O₃、MgO；
（3）酸化步驟用醋酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5，依據(jù)流程圖中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和制備目的可知，結(jié)合反應(yīng)平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氫離子濃度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，
故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O；
（4）操作Ⅲ有多步組成，獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到晶體，
故答案為：冷卻結(jié)晶；過濾；
（5）依據(jù)圖表物質(zhì)的溶解度分析對比，操作Ⅲ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl；說明K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四種物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�，
故答案為：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇�。ɑ蛩姆N物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�；
（6）副產(chǎn)品Y主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質(zhì)，精確分析Y中氫氧化鋁含量的方法是先利用氫氧化鋁的兩性，用氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁過濾得到濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，灼燒干燥得到氧化鋁干燥固體m g，依據(jù)鋁元素守恒計算，樣品中氫氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{m}{102g/mol}×2×78g/mol}{ng}$×100%=$\frac{26m}{17n}$，
故答案為：$\frac{26m}{17n}$．

點評 本題考查了物質(zhì)制備流程和方案的分析判斷，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，題目難度中等．