Question

4．工業(yè)上常用含少量SiO₂、Al₂O₃的鉻鐵礦（FeO•Cr₂O₃）冶煉鉻，簡要流程如圖：

（1）完成下列化學(xué)方程式（在橫線上填寫物質(zhì)的化學(xué)式及計(jì)量數(shù)）：
2FeO•Cr₂O₃+4Na₂CO₃+7NaNO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+Fe₂O₃+4CO₂↑+7NaNO₂．
（2）操作①包括過濾與洗滌，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行洗滌沉淀的操作是向漏斗中加蒸餾水至浸沒沉淀，待液體流下，重復(fù)操作2～3次；
操作②可選用的裝置（部分夾持裝置略去）是D（填序號(hào)）．

（3）寫出能夠完成操作③的相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：2C₂O₃$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Cr+3O₂↑或2Al+C₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃
（4）化學(xué)需氧量（COD）可度量水遭受有機(jī)物污染的程度．在強(qiáng)酸并加熱的條件下，用K₂Cr₂O₇作強(qiáng)氧化劑處理水樣，并測定消耗的K₂Cr₂O₇的量，然后換算成相當(dāng)于O₂的含量稱為化學(xué)需氧量（以mg•L^-1計(jì)）．化學(xué)興趣小組測定某水樣的化學(xué)需氧量（COD）過程如下：
Ⅰ．取a mL水樣置于錐形瓶中，加入10.00mL 0.250 0mol•L^-1的K₂Cr₂O₇溶液．
Ⅱ．…
Ⅲ．加指示劑，用c mol•L^-1的硫酸亞鐵銨[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]溶液滴定，終點(diǎn)時(shí)消耗b mL（此步驟的目的是用Fe²⁺把多余的Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$轉(zhuǎn)化為Cr³⁺）．
①Ⅰ中量取K₂Cr₂O₇溶液的儀器是酸式滴定管或移液管．
②計(jì)算該水樣的化學(xué)需氧量時(shí)需用到下列關(guān)系：要除去1mol Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$需消耗6 mol Fe²⁺，1mol Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$相當(dāng)于1.5mol O₂．

Answer 1

分析 由制備流程結(jié)合電子得失守恒和元素守恒可知，高溫下發(fā)生2FeO•Cr₂O₃+4Na₂CO₃+7NaNO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+Fe₂O₃+4CO₂↑+7NaNO₂，固體加水，SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃不溶于水，過濾得Na₂CrO₄溶液，Na₂CrO₄溶液中加入硫化鈉，發(fā)生氧化還原反應(yīng)得氫氧化鉻沉淀和硫酸鈉溶液，過濾得氫氧化鉻固體，氫氧化鉻固體灼燒得氧化鉻，再利用鋁熱反或電解法冶煉可將氧化鉻制得鉻，據(jù)此答題．

解答 解：（1）根據(jù)反應(yīng)前后元素的化合價(jià)變化可知，反應(yīng)前鐵元素的化合價(jià)從+2價(jià)升高到+3價(jià)，失去1個(gè)電子．Cr元素的化合價(jià)從+3價(jià)升高到+6價(jià)，失去3個(gè)電子．而O、Na、C的化合價(jià)均沒有變化，所以根據(jù)電子的得失守恒可知，氮元素的化合價(jià)一定降低．由于鐵元素共失去2個(gè)電子，Cr元素共失去12個(gè)電子．因此7個(gè)氮原子得到14個(gè)電子，則氮元素的化合價(jià)從+5價(jià)降低到+3價(jià)，所以還原產(chǎn)物是NaNO₂，反應(yīng)的離子方程式為2FeO•Cr₂O₃+4Na₂CO₃+7NaNO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+Fe₂O₃+4CO₂↑+7NaNO₂，
故答案為：7NaNO₂；
（2）過濾后的沉淀洗滌是在過濾器中完成的，所以在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行洗滌沉淀的操作是向漏斗中加蒸餾水至浸沒沉淀，待液體流下，重復(fù)操作2～3次；操作②是Cr（OH）₃分解生成Cr₂O₃，固體加熱分解在坩堝中進(jìn)行．A是蒸發(fā)，B是分液，C是過濾，因此答案選D，
故答案為：向漏斗中加蒸餾水至浸沒沉淀，待液體流下，重復(fù)操作2～3次；  D；
 （3）Cr元素是高熔點(diǎn)金屬，可以通過鋁熱反應(yīng)或電解法冶煉，反應(yīng)的方程式分別為2C₂O₃$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Cr+3O₂↑或2Al+C₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃，
故答案為：2C₂O₃$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Cr+3O₂↑或2Al+C₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃；
（4）①K₂Cr₂O₇溶液顯酸性且具有強(qiáng)氧化性，因此需要用酸式滴定管或移液管量取，
故答案為：酸式滴定管或移液管；
②K₂Cr₂O₇在氧化還原反應(yīng)中Cr元素的化合價(jià)從+6價(jià)降低到+3價(jià)，得到3個(gè)電子．而亞鐵離子中鐵元素的化合價(jià)從+2價(jià)升高到+3價(jià)，失去3個(gè)電子．因此根據(jù)電子得失守恒可知，去1molCr₂O₇^2-需消耗6molFe²⁺．由于1mol氧氣做氧化劑得到4mol電子，所以molCr₂O₇^2-相當(dāng)于1.5molO₂，
故答案為：6；1.5．

點(diǎn)評(píng) 本題以物質(zhì)的制備流程考查混合物分離提純的綜合應(yīng)用，為高頻考點(diǎn)，涉及流程分析、混合物分離提純等，把握流程分析及發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�綜合性較強(qiáng)，題目難度中等．