Question

13．重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）是高中化學常見的氧化劑，工業(yè)上以鉻鐵礦為原料用堿溶氧化法制備．鉻鐵礦中通常含有Cr₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等．

已知：①NaFeO₂遇水強烈水解．②2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O請回答下列問題：
（1）將礦石粉碎的目的是增大反應物的表面積，加快反應速率；高溫灼燒時Cr₂O₃發(fā)生反應的化學方程式為2Cr₂O₃+3O₂+8NaOH$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4H₂O．
（2）濾渣1中有紅褐色物質(zhì)，寫出生成該物質(zhì)反應的離子方程式FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-．濾渣2的主要成分是Al（OH）₃和H₂SiO₃．
（3）用簡要的文字說明Na₂Cr₂O₇溶液中加入KCl固體，降溫析出K₂Cr₂O₇的原因K₂Cr₂O₇的溶解度受溫度影響較大，氯化鈉的溶解度受溫度影響較小．
（4）25℃時，對反應2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，取Na₂CrO₄溶液進行實驗，測得部分實驗數(shù)據(jù)如下：

時間/（s）	0	0.01	0.02	0.03	0.04
（CrO42-）/（mol•L-1）	0.20	1.6×10-2	1.2×10-2	1.0×10-2
（Cr2O72-）/（mol•L-1）	0	9.2×10-2	9.4×10-2		9.5×10-2

①反應達到平衡時，溶液的pH=1，該反應平衡常數(shù)K為9.5×10⁴．
②下列有關(guān)說法正確的bd．
a．加少量NaHCO₃固體，可使溶液的橙色加深
b．0.03s時v（CrO₄^2-）_（正）=2v（Cr₂O₇^2-）_（逆）
c．溶液中c（CrO₄^2-）：c（Cr₂O₇^2-）=2：1時該反應已達平衡狀態(tài)
d．反應達到平衡時CrO₄^2-的轉(zhuǎn)化率為95%

Answer 1

分析 鐵礦中通常含有Cr₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等，將鉻鐵礦和燒堿、氧氣混合焙燒得到Na₂CrO₄、NaFeO₂，而SiO₂與NaOH發(fā)生反應生成Na₂SiO₃，Al₂O₃與NaOH發(fā)生反應，生成NaAlO₂，故還含有Na₂SiO₃、NaAlO₂，由于NaFeO₂會發(fā)生強烈水解，濾渣1中有紅褐色物質(zhì)，可推知NaFeO₂水解生成氫氧化鈉與氫氧化鐵，過濾分離，濾液1中主要是NaAlO₂、Na₂SiO₃、Na₂CrO₄、NaOH，濾渣1為Fe（OH）₃；調(diào)節(jié)溶液pH，使NaAlO₂、Na₂SiO₃反應轉(zhuǎn)化為H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液2主要是Na₂CrO₄，加入硫酸酸化，溶質(zhì)變?yōu)镹a₂Cr₂O₇，然后加入KCl固體，利用溶解度不同或者受溫度影響不同，結(jié)晶得到K₂Cr₂O₇晶體，采用過濾方法得到K₂Cr₂O₇晶體．
（1）增大反應物的表面積，加快反應速率；發(fā)生氧化還原反應，Cr₂O₃與O₂、NaOH反應生成Na₂CrO₄與水；
（2）NaFeO₂會發(fā)生強烈水解生成氫氧化鈉與氫氧化鐵；濾渣2的主要成分是氫氧化鋁與硅酸；
（3）K₂Cr₂O₇的溶解度受溫度影響較大，氯化鈉的溶解度受溫度影響較��；
（4）①0.03s時c（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{2}$×（0.2-1.0×10^-2）mol/L=9.5×10^-2mol/L，與0.04s時的濃度相等，故0.03s時處于平衡狀態(tài)，再根據(jù)K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）×{c}^{2}（{H}^{+}）}$計算；
②a．加少量NaHCO₃固體，消耗氫離子，平衡逆向移動；
b．0.03s時處于平衡狀態(tài)，不同物質(zhì)表示的正逆速率之比等于其化學計量數(shù)之比；
c．平衡時各組分的濃度不一定等于化學計量數(shù)之比，與轉(zhuǎn)化率等有關(guān)；
d．轉(zhuǎn)化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%．

解答 解：鐵礦中通常含有Cr₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等，將鉻鐵礦和燒堿、氧氣混合焙燒得到Na₂CrO₄、NaFeO₂，而SiO₂與NaOH發(fā)生反應生成Na₂SiO₃，Al₂O₃與NaOH發(fā)生反應，生成NaAlO₂，故還含有Na₂SiO₃、NaAlO₂，由于NaFeO₂會發(fā)生強烈水解，濾渣1中有紅褐色物質(zhì)，可推知NaFeO₂水解生成氫氧化鈉與氫氧化鐵，過濾分離，濾液1中主要是NaAlO₂、Na₂SiO₃、Na₂CrO₄、NaOH，濾渣1為Fe（OH）₃；調(diào)節(jié)溶液pH，使NaAlO₂、Na₂SiO₃反應轉(zhuǎn)化為H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液2主要是Na₂CrO₄，加入硫酸酸化，溶質(zhì)變?yōu)镹a₂Cr₂O₇，然后加入KCl固體，利用溶解度不同或者受溫度影響不同，結(jié)晶得到K₂Cr₂O₇晶體，采用過濾方法得到K₂Cr₂O₇晶體．
（1）將礦石粉碎的目的是：增大反應物的表面積，加快反應速率；發(fā)生氧化還原反應，Cr₂O₃與O₂、NaOH反應生成Na₂CrO₄與水，反應方程式為：2Cr₂O₃+3O₂+8NaOH$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4H₂O，
故答案為：增大反應物的表面積，加快反應速率；2Cr₂O₃+3O₂+8NaOH$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4H₂O；
（2）NaFeO₂會發(fā)生強烈水解生成氫氧化鈉與氫氧化鐵，反應離子方程式為：FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-；濾渣2的主要成分是Al（OH）₃和H₂SiO₃，
故答案為：FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-；H₂SiO₃；
（3）Na₂Cr₂O₇溶液中加入KCl固體，降溫析出K₂Cr₂O₇的原因：K₂Cr₂O₇的溶解度受溫度影響較大，氯化鈉的溶解度受溫度影響較小，
故答案為：K₂Cr₂O₇的溶解度受溫度影響較大，氯化鈉的溶解度受溫度影響較小；
（4）①0.03s時c（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{2}$×（0.2-1.0×10^-2）mol/L=9.5×10^-2mol/L，與0.04s時的濃度相等，故0.03s時處于平衡狀態(tài)，反應達到平衡時，溶液的pH=1，該反應平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）×{c}^{2}（{H}^{+}）}$=$\frac{9.5×1{0}^{-2}}{（1.0×1{0}^{-2}）^{2}×0．{1}^{2}}$=9.5×10⁴，
故答案為：9.5×10⁴；
②a．加少量NaHCO₃固體，消耗氫離子，平衡逆向移動，溶液的橙色變淺，黃色加深，故a錯誤；
b．0.03s時處于平衡狀態(tài)，v（CrO₄^2-）_（正）=2v（Cr₂O₇^2-）_（逆）說明同種離子的生成熟練與消耗熟練相等，故b正確；
c．平衡時各組分的濃度不一定等于化學計量數(shù)之比，與轉(zhuǎn)化率等有關(guān)，故c錯誤；
d．反應達到平衡時CrO₄^2-的轉(zhuǎn)化率為$\frac{（2-1.0×1{0}^{-2}）mol/L}{0.2mol/L}$×100%=95%，故d正確．
故選：bd．

點評 本題考查學生對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息能力、物質(zhì)的分離提純、化學平衡移動及計算等，綜合性較大，難度中等，需要學生具備扎實的基礎(chǔ)知識與綜合運用知識、信息進行解決問題的能力．