Question

13．重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）是高中化學(xué)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(qiáng)烈水解．②2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O請(qǐng)回答下列問題：
（1）將礦石粉碎的目的是增大反應(yīng)物的表面積，加快反應(yīng)速率；高溫灼燒時(shí)Cr₂O₃發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)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(jiǎn)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�。�
（4）25℃時(shí)，對(duì)反應(yīng)2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，取Na₂CrO₄溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

時(shí)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(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，溶液的pH=1，該反應(yīng)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(shí)v（CrO₄^2-）_（正）=2v（Cr₂O₇^2-）_（逆）
c．溶液中c（CrO₄^2-）：c（Cr₂O₇^2-）=2：1時(shí)該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)
d．反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)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(yīng)生成Na₂SiO₃，Al₂O₃與NaOH發(fā)生反應(yīng)，生成NaAlO₂，故還含有Na₂SiO₃、NaAlO₂，由于NaFeO₂會(huì)發(fā)生強(qiáng)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(yīng)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(yīng)物的表面積，加快反應(yīng)速率；發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Cr₂O₃與O₂、NaOH反應(yīng)生成Na₂CrO₄與水；
（2）NaFeO₂會(huì)發(fā)生強(qiáng)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(shí)c（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{2}$×（0.2-1.0×10^-2）mol/L=9.5×10^-2mol/L，與0.04s時(shí)的濃度相等，故0.03s時(shí)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(jì)算；
②a．加少量NaHCO₃固體，消耗氫離子，平衡逆向移動(dòng)；
b．0.03s時(shí)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(xué)計(jì)量數(shù)之比；
c．平衡時(shí)各組分的濃度不一定等于化學(xué)計(jì)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(yīng)生成Na₂SiO₃，Al₂O₃與NaOH發(fā)生反應(yīng)，生成NaAlO₂，故還含有Na₂SiO₃、NaAlO₂，由于NaFeO₂會(huì)發(fā)生強(qiáng)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(yīng)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(yīng)物的表面積，加快反應(yīng)速率；發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Cr₂O₃與O₂、NaOH反應(yīng)生成Na₂CrO₄與水，反應(yīng)方程式為：2Cr₂O₃+3O₂+8NaOH$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4H₂O，
故答案為：增大反應(yīng)物的表面積，加快反應(yīng)速率；2Cr₂O₃+3O₂+8NaOH$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4H₂O；
（2）NaFeO₂會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈水解生成氫氧化鈉與氫氧化鐵，反應(yīng)離子方程式為：FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-；濾渣2的主要成分是Al（OH）₃和H₂SiO₃，
故答案為：FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-；H₂SiO₃；
（3）Na₂Cr₂O₇溶液中加入KCl固體，降溫析出K₂Cr₂O₇的原因：K₂Cr₂O₇的溶解度受溫度影響較大，氯化鈉的溶解度受溫度影響較小，
故答案為：K₂Cr₂O₇的溶解度受溫度影響較大，氯化鈉的溶解度受溫度影響較��；
（4）①0.03s時(shí)c（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{2}$×（0.2-1.0×10^-2）mol/L=9.5×10^-2mol/L，與0.04s時(shí)的濃度相等，故0.03s時(shí)處于平衡狀態(tài)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，溶液的pH=1，該反應(yīng)平衡常數(shù)K=$\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}}$=9.5×10⁴，
故答案為：9.5×10⁴；
②a．加少量NaHCO₃固體，消耗氫離子，平衡逆向移動(dòng)，溶液的橙色變淺，黃色加深，故a錯(cuò)誤；
b．0.03s時(shí)處于平衡狀態(tài)，v（CrO₄^2-）_（正）=2v（Cr₂O₇^2-）_（逆）說明同種離子的生成熟練與消耗熟練相等，故b正確；
c．平衡時(shí)各組分的濃度不一定等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，與轉(zhuǎn)化率等有關(guān)，故c錯(cuò)誤；
d．反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CrO₄^2-的轉(zhuǎn)化率為$\frac{（2-1.0×1{0}^{-2}）mol/L}{0.2mol/L}$×100%=95%，故d正確．
故選：bd．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)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(xué)平衡移動(dòng)及計(jì)算等，綜合性較大，難度中等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與綜合運(yùn)用知識(shí)、信息進(jìn)行解決問題的能力．