Question

16．鉻鐵礦是主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有還含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質(zhì)，以下是以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）的工藝流程．

已知1：
①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂ $\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃ $\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；
③Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺
根據(jù)題意回答下列問(wèn)題：
（1）操作I的名稱(chēng)是過(guò)濾．
（2）下表是相關(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：Na₂Cr₂0₇+2KCl=K₂Cr₂0₇↓+2NaCl，該反應(yīng)在溶液中能發(fā)生的理由是Na₂Cr₂0₇的溶解度比K₂Cr₂0₇大

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

（3）操作Ⅲ有多步組成，獲得K₂Cr₂0₇晶體的操作依次是：加入KC1固體、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥．
（4）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：稱(chēng)取n g樣品，加入過(guò)量NaOH溶液 （寫(xiě)試劑）、溶解、過(guò)濾、再通入足量CO₂氣體…灼燒、冷卻、稱(chēng)量，得干燥固體m g．計(jì)算樣品中氫氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{26n}{17m}$ （用含m、n的代數(shù)式表示）．
（5）稱(chēng)取重鉻酸鉀試樣2.500g配成250mL溶液，取出25mL與碘量瓶中，加入10mL 2mol/L H₂SO₄和足量碘化鉀，放于暗處5min．然后加入100mL水，加入3mL 淀粉指示劑，用0.1000mol/LNa₂S₂0₃標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，若實(shí)驗(yàn)中共用去Na₂S₂0₃標(biāo)準(zhǔn)溶液47.40mL，則所得產(chǎn)品中重鉻酸鉀的純度為92.9%．（保留3位有效數(shù)字）
已知：
①K₂Cr₂O₇的摩爾質(zhì)量為294g/mol
②Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O；
I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-．

Answer 1

分析 鉻鐵礦通過(guò)焙燒，發(fā)生的反應(yīng)有4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂ $\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑、Na₂CO₃+Al₂O₃ $\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑，所以得到的固體中含有Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂，然后加水溶解得固體Fe₂O₃、MgO和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，難溶性固體和溶液采用過(guò)濾方法分離，所以操作I是過(guò)濾，得到的X成分為Fe₂O₃、MgO，濾液中成分是Na₂CrO₄、NaAlO₂；
向?yàn)V液中加入醋酸并調(diào)節(jié)溶液的pH為7-8，使偏鋁酸鹽完全轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀，然后采用過(guò)濾方法除去氫氧化鋁沉淀，所以操作II是過(guò)濾，得到的Y為Al（OH）₃，繼續(xù)調(diào)節(jié)溶液的pH為小于5，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）分離難溶性固體和溶液采用過(guò)濾方法；
（2）溶解度大的物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為溶解度小的物質(zhì)；
（3）從溶液中獲取晶體的方法是：加入KC1固體、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥；
（4）氫氧化鋁能溶于強(qiáng)堿溶液，向溶液中通入過(guò)量二氧化碳，能將偏鋁酸鹽轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀，灼燒氫氧化鋁固體得到Al₂O₃，再根據(jù)Al原子守恒計(jì)算其含量；
（5）根據(jù)I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-中碘和硫代硫酸根離子之間關(guān)系式計(jì)算碘的物質(zhì)的量，再根據(jù)Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O中碘和Cr₂O₇^2-之間的關(guān)系式計(jì)算Cr₂O₇^2-的量，從而計(jì)算其純度．

解答 解：鉻鐵礦通過(guò)焙燒，發(fā)生的反應(yīng)有4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂ $\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑、Na₂CO₃+Al₂O₃ $\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑，所以得到的固體中含有Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂，然后加水溶解得固體Fe₂O₃、MgO和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，難溶性固體和溶液采用過(guò)濾方法分離，所以操作I是過(guò)濾，得到的X成分為Fe₂O₃、MgO，濾液中成分是Na₂CrO₄、NaAlO₂；
向?yàn)V液中加入醋酸并調(diào)節(jié)溶液的pH為7-8，使偏鋁酸鹽完全轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀，然后采用過(guò)濾方法除去氫氧化鋁沉淀，所以操作II是過(guò)濾，得到的Y為Al（OH）₃，繼續(xù)調(diào)節(jié)溶液的pH為小于5，使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化鉀，生成溶解度極小的K₂Cr₂O₇，
（1）分離難溶性固體和溶液采用過(guò)濾方法，通過(guò)以上分析知，操作I為過(guò)濾，故答案為：過(guò)濾；
（2）溶解度大的物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為溶解度小的物質(zhì)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，四種物質(zhì)中K₂Cr₂0₇的溶解度最小，Na₂Cr₂0₇的溶解度比K₂Cr₂0₇大，所以在溶液中能發(fā)生反應(yīng)Na₂Cr₂0₇+2KCl=K₂Cr₂0₇↓+2NaCl，故答案為：Na₂Cr₂0₇的溶解度比K₂Cr₂0₇大；
（3）從溶液中獲取晶體的方法是：加入KC1固體、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥，故答案為：冷卻結(jié)晶；洗滌；
（4）氫氧化鋁能溶于強(qiáng)堿溶液，所以溶解氫氧化鋁的試劑是NaOH溶液；
向溶液中通入過(guò)量二氧化碳，能將偏鋁酸鹽轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀，灼燒氫氧化鋁固體得到Al₂O₃，n（Al₂O₃）=$\frac{ng}{102g/mol}$，根據(jù)Al原子守恒得n[Al（OH）₃]=2n（Al₂O₃）=$\frac{n}{51}$mol，則氫氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{n}{51}mol×78g/mol}{mg}$=$\frac{26n}{17m}$，
故答案為：NaOH溶液；CO₂；$\frac{26n}{17m}$；
（5）根據(jù)I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-中碘和硫代硫酸根離子之間關(guān)系式得n（I₂）=$\frac{0.1000mol/L×0.04740L}{2}×1$=0.00237mol，再根據(jù)Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O得n（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{3}$n（I₂）=$\frac{1}{3}$×0.00237mol=0.00079mol，250mL重鉻酸鉀中n（Cr₂O₇^2-）=0.0079mol，
m（K₂Cr₂O₇）=0.0079mol×294g/mol=2.3226g，
其純度=$\frac{2.3226g}{2.5g}×100%$=92.9%，
故答案為：92.9%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備、物質(zhì)含量的測(cè)定等知識(shí)點(diǎn)，為高考高頻點(diǎn)，側(cè)重考查基本操作、元素化合物知識(shí)、計(jì)算能力等，明確流程圖中每一步發(fā)生的反應(yīng)及操作方法，難點(diǎn)是（5）題計(jì)算，正確判斷重鉻酸鉀和硫代硫酸根離子之間關(guān)系即可解答，題目難度中等．