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)，以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）的工藝如下（部分操作和條件略）：
Ⅰ．將鉻鐵礦和碳酸鈉混合充分焙燒．
Ⅱ．焙燒后的固體加水浸取，分離得到溶液A和固體A．
Ⅲ．向溶液A中加入醋酸調(diào)pH約7～8，分離得到溶液B和固體B．
Ⅳ．再向溶液B中繼續(xù)加醋酸酸化，使溶液pH小于5．
Ⅴ．向上述溶液中加入氯化鉀，得到重鉻酸鉀晶體．
（1）Ⅰ中焙燒發(fā)生的反應(yīng)如下，配平并填寫空缺：
4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂=8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃═2NaAlO₂+CO₂↑．
（2）固體A中主要含有Fe₂O₃、MgO（填寫化學(xué)式）．
（3）已知重鉻酸鉀溶液中存在如下平衡：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．Ⅳ中調(diào)節(jié)溶液pH＜5時(shí)，其目的是由于存在反應(yīng)平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，加入酸，氫離子濃度增大，平衡右移，作用是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-．
（4）Ⅴ中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl，已知如表數(shù)據(jù)

物質(zhì)		KCl	NaCl	K2Cr2O7	Na2Cr2O7
溶解度 （g/100g水）	0℃	28	35.7	4.7	163
	40℃	40.1	36.4	26.3	215
	80℃	51.3	38	73	376

①該反應(yīng)能發(fā)生的理由是溫度對(duì)氯化鈉的溶解度影響小，但對(duì)重鉻酸鉀的溶解度影響較大，利用復(fù)分解反應(yīng)在低溫下可以得到重鉻酸鉀．
②獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作有多步組成，依次是：加入KCl固體、加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到晶體．
（5）Ⅲ中固體B中主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質(zhì)，精確分析固體B中氫氧化鋁含量的方法是：稱取n g樣品，加入過(guò)量氫氧化鈉溶液（填寫試劑名稱）、溶解、過(guò)濾、再通入過(guò)量的CO₂、…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）．

Answer 1

分析 （1）氧化還原反應(yīng)中元素化合價(jià)有升價(jià)就有降價(jià)且升價(jià)降價(jià)相等，再結(jié)合元素守恒可得；
（2）焙燒時(shí)MgO未反應(yīng)，焙燒后的固體加水浸取，分離得到固體A為Fe₂O₃、MgO；
（3）加入酸，氫離子濃度增大，平衡右移，作用是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-．
（4）①由表可知，溫度對(duì)氯化鈉的溶解度影響小，但對(duì)重鉻酸鉀的溶解度影響較大，低溫下得到溶解度更小的物質(zhì)；
②利用溶解度不同，溫度對(duì)溶解度影響分析；
（5）固體B中主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質(zhì)，為精確分析B中氫氧化鋁含量，先利用氫氧化鋁的兩性，用過(guò)量的氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁，過(guò)濾除去不溶物，向?yàn)V液中通入二氧化碳重新生成氫氧化鋁沉淀，灼燒得到氧化鋁固體，根據(jù)鋁元素守恒計(jì)算樣品中氫氧化鋁的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）反應(yīng)中Fe、Cr元素化合價(jià)升高，方程需要降價(jià)的元素，又反應(yīng)后有氧原子，反應(yīng)前也應(yīng)該有，則缺陷物質(zhì)為氧氣，F(xiàn)e元素化合價(jià)由+2價(jià)升高為+3價(jià)，Cr元素化合價(jià)由+3價(jià)升高為+6價(jià)，總升高+7價(jià)，O元素化合價(jià)由0價(jià)降低為-2價(jià)，共降低4價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為28，故FeO•Cr₂O₃的系數(shù)為4，氧氣系數(shù)為7，再根據(jù)原子守恒配平后方程式為：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂；
故答案為：4；8；7O₂；8；2；8；
（2）焙燒時(shí)MgO未反應(yīng)，焙燒后的固體加水浸取，分離得到固體A為Fe₂O₃、MgO；
故答案為：Fe₂O₃、MgO；
（3）由于存在反應(yīng)平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，加入酸，氫離子濃度增大，平衡右移，作用是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-；
故答案為：由于存在反應(yīng)平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，加入酸，氫離子濃度增大，平衡右移，作用是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-；
（4）①由圖可知：溫度對(duì)氯化鈉的溶解度影響小，但對(duì)重鉻酸鉀的溶解度影響較大，利用復(fù)分解反應(yīng)在低溫下可以得到重鉻酸鉀；
故答案為：溫度對(duì)氯化鈉的溶解度影響小，但對(duì)重鉻酸鉀的溶解度影響較大，利用復(fù)分解反應(yīng)在低溫下可以得到重鉻酸鉀；
 ②加入KCl固體后，利用溶解度不同，溫度對(duì)溶解度影響，再經(jīng)過(guò)加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥可以得到K₂Cr₂O₇晶體；
故答案為：加熱蒸發(fā)；冷卻結(jié)晶；
（5）固體B中主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質(zhì)，為精確分析B中氫氧化鋁含量，先利用氫氧化鋁的兩性，用過(guò)量的氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁，過(guò)濾除去不溶物，向?yàn)V液中通入二氧化碳重新生成氫氧化鋁沉淀，灼燒得到氧化鋁固體，
根據(jù)Al元素守恒，樣品中氫氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{mg÷102g/mol×2×78g/mol}{ng}$=$\frac{26m}{17n}$；
故答案為：氫氧化鈉溶液；$\frac{26m}{17n}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備、物質(zhì)含量測(cè)定、物質(zhì)的分離提純、氧化還原反應(yīng)、平衡移動(dòng)原理等，題目難度中等，注意對(duì)溶解度數(shù)據(jù)的分析運(yùn)用，理解復(fù)分解反應(yīng)本質(zhì)．