Question

鉻鐵礦主要成分為FeO?Cr₂O₃，含有SiO₂、Al₂O₃等雜質(zhì)．工業(yè)上用鉻鐵礦制備紅礬鈉（Na₂Cr₂O₇）的流程如圖所示：煅燒時(shí)反應(yīng)為：4FeO?Cr₂O₃+7O₂+20NaOH

煅燒  .

8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10H₂O

（1）步驟①是在坩堝中進(jìn)行煅燒，可用作此坩堝材料的是

 

．
  A．鐵  B．氧化鋁  C．石英   D．陶瓷
（2）步驟①煅燒反應(yīng)極慢，需要升溫至NaOH呈熔融狀態(tài)，反應(yīng)速率才加快，其原因?yàn)?div id="v9hfvl9" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

．
（3）步驟②中NaFeO₂會(huì)強(qiáng)烈水解生成氫氧化鐵沉淀，其化學(xué)方程式為

 

．
（4）將五份濾液1分別在130℃蒸發(fā)1小時(shí)，各自冷卻到不同溫度下結(jié)晶，保溫過(guò)濾，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表．根據(jù)數(shù)據(jù)分析，步驟③的最佳結(jié)晶溫度為

 

．

結(jié)晶溫度/℃	Na2CrO4粗晶中各物質(zhì)含量/w%
	Na2CrO4?4H2O	NaOH	Na[Al（OH）4]	Na2SiO3
30	52.45	29.79	8.69	12.21
40	68.81	20.49	8.46	10.84
50	60.26	27.96	10.36	9.32
60	50.74	29.66	10.40	12.25
70	46.77	33.06	8.10	6.48

（5）步驟④中濾渣3的成分是

 

．
（6）假設(shè)該流程中鉻元素完全轉(zhuǎn)化為紅礬鈉，則該鉻鐵礦中鉻元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

（用含m₁、m₂的代數(shù)式表示）．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：鉻鐵礦主要成分為FeO?Cr₂O₃，含有SiO₂、Al₂O₃等雜質(zhì)、混和NaOH（m₁kg），與足量空氣通過(guò)焙燒，4FeO?Cr₂O₃+7O₂+20NaOH

煅燒  .

8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10H₂O，生成Na₂CrO₄、NaFeO₂、Na₂SiO₃、NaOH和NaAlO₂的混合體系，然后加水溶解，三價(jià)鐵水解，NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH，得固體氫氧化鐵濾渣1和濾液Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaOH、NaAlO₂，再調(diào)節(jié)溶液的pH，使偏鋁酸鹽完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，硅酸鹽完全沉淀；繼續(xù)調(diào)節(jié)溶液的pH使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，最后生成溶解度極小的Na₂Cr₂O₇，得到紅礬鈉（Na₂Cr₂O₇）（m₂kg）．
（1）根據(jù)步驟①在坩堝中進(jìn)行煅燒物質(zhì)含有強(qiáng)堿氫氧化鈉，氫氧化鈉能和二氧化硅反應(yīng)來(lái)解答；
（2）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的常見(jiàn)因素以及反應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行解答；
（3）NaFeO₂強(qiáng)烈水解，生成氫氧化鐵沉淀，根據(jù)質(zhì)量守恒可知還應(yīng)有NaOH，據(jù)此書寫化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)五份濾液1分別在130℃蒸發(fā)1小時(shí)，各自冷卻到不同溫度下結(jié)晶，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，步驟③的最佳結(jié)晶溫度為40℃，此時(shí)Na₂CrO₄粗晶中得到的Na₂CrO₄?4H₂O含量最高；
（5）步驟④為調(diào)節(jié)溶液的pH，使偏鋁酸鹽完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，硅酸鹽完全沉淀，分離出Na₂CrO₄，據(jù)此分析解答；
（6）依據(jù)鉻元素質(zhì)量守恒，計(jì)算該鉻鐵礦中鉻元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

解答： 解：鉻鐵礦主要成分為FeO?Cr₂O₃，含有SiO₂、Al₂O₃等雜質(zhì)、混和NaOH（m₁kg），與足量空氣通過(guò)焙燒，4FeO?Cr₂O₃+7O₂+20NaOH

煅燒  .

8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10H₂O，生成Na₂CrO₄、NaFeO₂、Na₂SiO₃、NaOH和NaAlO₂的混合體系，然后加水溶解，三價(jià)鐵水解，NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH，得固體氫氧化鐵濾渣1和濾液Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaOH、NaAlO₂，再調(diào)節(jié)溶液的pH，使偏鋁酸鹽完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，硅酸鹽完全沉淀；繼續(xù)調(diào)節(jié)溶液的pH使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，最后生成溶解度極小的Na₂Cr₂O₇，得到紅礬鈉（Na₂Cr₂O₇）（m₂kg）．
（1）A．鐵坩堝含有鐵，鐵與氫氧化鈉不反應(yīng)，故A正確；
B．三氧化二鋁能和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，故B錯(cuò)誤；
C．石英中含有二氧化硅，二氧化硅能和氫氧化鈉反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；
D．陶瓷中含有二氧化硅，二氧化硅能和氫氧化鈉反應(yīng)，故D錯(cuò)誤；
故選A．                                                             
（2）升高溫度，增加單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)，有效碰撞增加，反應(yīng)速率加快，需要升溫至NaOH呈熔融狀態(tài)，說(shuō)明NaOH呈熔融狀態(tài)，熔融后增大了反應(yīng)物的接觸面積，反應(yīng)速率加快為主要因素，
故答案為：熔融后增大了反應(yīng)物的接觸面積；                                  
（3）NaFeO₂強(qiáng)烈水解，生成氫氧化鐵沉淀，根據(jù)質(zhì)量守恒可知還應(yīng)有NaOH，化學(xué)方程式為：NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH，
故答案為：NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH；                                 
（4）步驟③的目的：將濾液1在130℃蒸發(fā)1小時(shí)，冷卻到結(jié)晶，比較所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，40℃，此時(shí)Na₂CrO₄粗晶中得到的Na₂CrO₄?4H₂O含量最高，
故答案為：40；                                                             
（5）濾液1含有Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaOH、NaAlO₂，再調(diào)節(jié)溶液的pH，使偏鋁酸鹽完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，硅酸鹽完全轉(zhuǎn)化為H₂SiO₃ （或H₄SiO₄ ）沉淀，濾液為Na₂CrO₄，分離出Na₂CrO₄；
故答案為：Al（OH）₃、H₂SiO₃ （或H₄SiO₄ ）；                                      
（6）最終得到m₂kg紅礬鈉（Na₂Cr₂O₇），含鉻n（Cr）=

m2×103g

262g/mol

×2，則該鉻鐵礦中鉻元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

m2×103g×2

262g/mol m1×103g

×52=

52m2

131m1

，
故答案為：

52m2

131m1

；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了紅礬鈉制備流程和方案的分析判斷，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，注意物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用、題干信息的分析理解是解題關(guān)鍵，題目難度中等．