Question

6．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{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）固體X中主要含有Fe₂O₃、MgO（填寫化學(xué)式）；要檢測(cè)酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，應(yīng)該使用pH計(jì)或精密pH試紙（填寫儀器或試劑名稱）．
（2）酸化步驟用醋酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5，其目的是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-．
（3）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(guò)濾、洗滌、干燥．
（4）如表是相關(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的溶解度最小）．

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

（5）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中氫氧化鋁含量是稱取n g樣品，加入過(guò)量NaOH溶液（填寫試劑）、溶解、過(guò)濾、再通入過(guò)量二氧化碳（填寫試劑）、…灼燒、冷卻、稱量，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$\frac{26m}{17n}$（用含m、n的代數(shù)式表示）．
（6）六價(jià)鉻有毒，而Cr³⁺相對(duì)安全．工業(yè)含鉻（CrO₃）廢渣無(wú)害化處理的方法之一是干法解毒，用煤不完全燃燒生成的CO還原CrO₃．在實(shí)驗(yàn)室中模擬這一過(guò)程的裝置如圖：CO由甲酸脫水制得；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)熄滅酒精燈的順序是III、I、IV．

Answer 1

分析 鉻鐵礦通過(guò)焙燒，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合體系，然后加水溶解得固體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，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）依據(jù)流程圖和題干反應(yīng)分析判斷固體X的成分；通常PH試紙只能測(cè)定溶液PH的整數(shù)，測(cè)定PH是小數(shù)的需要用精確試紙或pH計(jì)；
（2）結(jié)合流程圖和反應(yīng)過(guò)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-；
（3）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(guò)濾洗滌步驟分析回答；
（4）依據(jù)物質(zhì)溶解度比較分析，反應(yīng)向溶解度曉得方向進(jìn)行；
（5）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(shí)驗(yàn)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(jì)算得到；
（6）用CO還原CrO₃制取Cr，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，為防止金屬被氧化，在停止III加熱時(shí)，繼續(xù)通入CO，一氧化碳有毒，所以尾氣處理時(shí)酒精燈應(yīng)最后熄滅，據(jù)此解答；

解答 解：（1）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：
①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；
③Cr₂CO₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺
操作Ⅰ是過(guò)濾得到固體X為Fe₂O₃、MgO；要檢測(cè)酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，普通pH試紙只能測(cè)定溶液pH到整數(shù)，是近似測(cè)定，準(zhǔn)確測(cè)定需要用pH計(jì)或精確pH試紙，
故答案為：Fe₂O₃、MgO；pH計(jì)或精密pH試紙；
（2）酸化步驟用醋酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5，依據(jù)流程圖中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和制備目的可知，結(jié)合反應(yīng)平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氫離子濃度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，
故答案為：使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-；
（3）操作Ⅲ有多步組成，獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到晶體，
故答案為：冷卻結(jié)晶；洗滌；
（4）依據(jù)圖表物質(zhì)的溶解度分析對(duì)比，操作Ⅲ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl；說(shuō)明K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇�。ɑ蛩姆N物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�，
故答案為：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四種物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�；
（5）副產(chǎn)品Y主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質(zhì)，精確分析Y中氫氧化鋁含量的方法是先利用氫氧化鋁的兩性，用氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁過(guò)濾得到濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，灼燒干燥得到氧化鋁干燥固體m g，依據(jù)鋁元素守恒計(jì)算，樣品中氫氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{mg}{156g/mol}×2×78g/mol}{ng}$=$\frac{26m}{17n}$，
故答案為：NaOH溶液；通入過(guò)量二氧化碳；$\frac{26m}{17n}$；
（6）Ⅰ為制備CO裝置，用CO還原CrO₃制取Cr，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，為防止金屬被氧化，在停止III加熱時(shí)，應(yīng)繼續(xù)加熱I，一氧化碳有毒，所以尾氣處理時(shí)酒精燈應(yīng)最后熄滅，所以結(jié)束時(shí)正確的熄燈順序?yàn)椋篒II、I、IV，
故答案為：III、I、IV．

點(diǎn)評(píng) 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(wèn)題和基本操作方法是解題關(guān)鍵，題目難度中等．