Question

3．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{一定條件}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{一定條件}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；
根據(jù)題意回答下列問(wèn)題：
（1）操作I在常溫下該反應(yīng)速度極慢，下列措施中能使反應(yīng)速率增大的是AC．
A．升高溫度       B．增加純堿的用量    C．將原料粉碎
（2）固體X中主要含有Fe₂O₃、MgO（填寫(xiě)化學(xué)式）；
（3）酸化步驟用鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5，使含鉻物質(zhì)發(fā)生了轉(zhuǎn)化，請(qǐng)寫(xiě)出其離子反應(yīng)方程式2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O．
（4）操作Ⅳ由多步組成，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．
（5）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小（或四種物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�．（文字說(shuō)明）

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

（6）副產(chǎn)品Y主要含氫氧化鋁，還含少量其它難溶雜質(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、溶解、過(guò)濾、取濾液，在其中通入過(guò)量二氧化碳、…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$\frac{26m}{17n}$（用含m、n的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 鉻鐵礦通過(guò)焙燒4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{一定條件}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑，Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{一定條件}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合體系，然后加水溶解經(jīng)操作Ⅱ得固體X為：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，操作Ⅲ得到Y(jié)為氫氧化鋁，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，Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl，生成溶解度極小的K₂Cr₂O₇，結(jié)晶得到晶體．
（1）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素進(jìn)行判斷；
（2）依據(jù)流程圖和題干反應(yīng)分析判斷固體X中主要含有Fe₂O₃、MgO；
（3）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-；
（4）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；
（5）依據(jù)物質(zhì)溶解度比較分析，反應(yīng)向溶解度小的方向進(jìn)行；
（6）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．

解答 解：（1）A．升高溫度，可以加快反應(yīng)速率，故A正確；
B．將原料粉碎，增大了接觸面積，可以加快反應(yīng)速率，故B正確；
C．純堿是固體，不涉及濃度問(wèn)題，所以改變純堿的量，不能改變反應(yīng)速率，故C錯(cuò)誤；
故答案為：AC；
（2）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：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{一定條件}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{一定條件}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，操作Ⅰ是過(guò)濾得到固體X為Fe₂O₃、MgO，
故答案為：Fe₂O₃、MgO；
（3）酸化步驟用醋酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5，依據(jù)流程圖中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和制備目的可知，結(jié)合反應(yīng)平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氫離子濃度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，
故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O；
（4）操作Ⅲ有多步組成，獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到晶體，
故答案為：冷卻結(jié)晶；過(guò)濾；
（5）依據(jù)圖表物質(zhì)的溶解度分析對(duì)比，操作Ⅲ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl；說(shuō)明K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四種物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�，
故答案為：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇�。ɑ蛩姆N物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）；
（6）副產(chǎn)品Y主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質(zhì)，精確分析Y中氫氧化鋁含量的方法是先利用氫氧化鋁的兩性，用氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁過(guò)濾得到濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，灼燒干燥得到氧化鋁干燥固體m g，依據(jù)鋁元素守恒計(jì)算，樣品中氫氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{m}{102g/mol}×2×78g/mol}{ng}$×100%=$\frac{26m}{17n}$，
故答案為：$\frac{26m}{17n}$．

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．