Question

7．鉻酸鈣（CaCrO₄）俗稱鈣鉻黃，溶于水．廣泛用作氧化劑、腐蝕抑制劑、顏料等．鉻鐵礦中鉻的含量為19.5%，其主要成分為 FeO•Cr₂O₃，還含F(xiàn)e₂O₃、SiO₂、Al₂O₃等雜質，以該鉻鐵礦為原料制備鈣鉻黃的工藝流程
如圖1已知：①過氧化氫能將Cr（OH）₃氧化為CrO₄^2-．
②金屬離子氫氧化物開始沉淀時和沉淀完全時的pH及K_sp如下：

氫氧化物	Ksp	開始沉淀時的pH	沉淀完全的pH
Fe（OH）3	2.5×10-38	2.3	3.5
Fe（OH）2	1.0×10-15	7.5	9.5
Al（OH）3	2.0×10-32	4.0	5.4
Cr（OH）3	5.4×10-31	4.6	5.9

（1）將鉻鐵礦粉碎的目的是增大接觸面積、提高浸取率．
（2）操作I的名稱是過濾，固體a的主要成分是SiO₂．
（3）寫出浸取時生成Al³⁺的離子方程式：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O．
（4）調節(jié)pH的范圍是C．
A.3.5〜4.0  B.4.6〜5.4  C.5.9〜7.5
（5）寫出H₂O₂氧化Cr（OH）₃生成Na₂CrO₄的化學方程式2Cr（OH）₃+3H₂O₂+2Na₂CO₃=2Na₂CrO₄+6H₂O+2CO₂↑．
（6）當溶液中Al³⁺開始沉淀時，c（Fe³⁺）=2.5×10^-8mol/L．
（7）取粗產(chǎn)品用硝酸酸化，再加水配制成1000mL溶液，取20mL于試管中，通入標準狀況下SO₂的體積與鉻離子（Cr³⁺）物質的量的關系如圖2該工藝流程中鉻鐵礦中鉻的利用率是80%．[已知氧化性：CrO₄^2-＞NO₃ （H⁺）]．

Answer 1

分析 鉻鐵礦中鉻的含量為19.5%，其主要成分為 FeO•Cr₂O₃，還含F(xiàn)e₂O₃、SiO₂、Al₂O₃等雜質，以該鉻鐵礦為原料制備鈣鉻黃，取10g鉻鐵礦粉碎后加入濃鹽酸浸取，其中FeO•Cr₂O₃，還含F(xiàn)e₂O₃、Al₂O₃等溶解，得到溶液a為FeCl₂、FeCl₃、CrCl₃、AlCl₃溶液，SiO₂不溶，操作Ⅰ為過濾操作得到固體a為SiO₂，溶液a中加入過量的Na₂CO₃溶液，調節(jié)溶液的pH值，然后加入30%的雙氧水，雙氧水能氧化亞鐵離子生成鐵離子、能將Cr（OH）₃氧化為CrO₄^2-，根據(jù)流程圖知，操作2后得到固體e、CrO₄^2-，CrO₄^2-最終得到鈣鉻黃，所以固體e中含有Al（OH）₃、Fe（OH）₃，調節(jié)溶液pH值時不能得到氫氧化亞鐵沉淀即可；
（1）反應物接觸面積越大，反應速率越快；
（2）分離溶液和難溶性固體采用過濾方法；二氧化硅不溶于濃鹽酸；
（3）氧化鋁和鹽酸反應生成氯化鋁和水；
（4）調節(jié)pH的目的是將鐵離子、鉻離子、鋁離子都轉化為沉淀；
（5）H₂O₂氧化Cr（OH）₃生成Na₂CrO₄，同時生成水，因為有碳酸鈉反應，所以還生成二氧化碳；
（6）當溶液中Al³⁺開始沉淀時，溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$mol/L=10^-10 mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$；
（7）CaCrO₄被二氧化硫還原生成 Cr³⁺，消耗二氧化硫體積為20.16mL，n（SO₂）=$\frac{20.16×1{0}^{-3}L}{22.4mol/L}$=9×10^-4 mol，根據(jù)轉移電子守恒得n（CaCrO₄）=$\frac{9×1{0}^{-4}mol×2}{3}$=6×10^-4 mol，粗產(chǎn)品中Cr元素質量=6×10^-4 mol×52g/mol×50=1.56g，鉻礦石的質量是10g，則Cr元素質量分數(shù)=$\frac{1.56g}{10g}$×100%=15.6%．

解答 解：鉻鐵礦中鉻的含量為19.5%，其主要成分為 FeO•Cr₂O₃，還含F(xiàn)e₂O₃、SiO₂、Al₂O₃等雜質，以該鉻鐵礦為原料制備鈣鉻黃，取10g鉻鐵礦粉碎后加入濃鹽酸浸取，其中FeO•Cr₂O₃，還含F(xiàn)e₂O₃、Al₂O₃等溶解，得到溶液a為FeCl₂、FeCl₃、CrCl₃、AlCl₃溶液，SiO₂不溶，操作Ⅰ為過濾操作得到固體a為SiO₂，溶液a中加入過量的Na₂CO₃溶液，調節(jié)溶液的pH值，然后加入30%的雙氧水，雙氧水能氧化亞鐵離子生成鐵離子、能將Cr（OH）₃氧化為CrO₄^2-，根據(jù)流程圖知，操作2后得到固體e、CrO₄^2-，CrO₄^2-最終得到鈣鉻黃，所以固體e中含有Al（OH）₃、Fe（OH）₃，調節(jié)溶液pH值時不能得到氫氧化亞鐵沉淀即可；
（1）反應物接觸面積越大，反應速率越快，粉碎的目的是增大接觸面積，提高浸取率，
故答案為：增大接觸面積、提高浸取率；
（2）分離溶液和難溶性固體采用過濾方法，所以操作I為過濾；二氧化硅不溶于濃鹽酸，所以a為SiO₂，
故答案為：過濾；SiO₂；
（3）氧化鋁和鹽酸反應生成氯化鋁和水，離子反應方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，故答案為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（4）調節(jié)pH的目的是將鐵離子、鉻離子、鋁離子都轉化為沉淀但不能生成氫氧化亞鐵沉淀，所以調節(jié)溶液的pH值為5.9〜7.5，
故選C；
（5）H₂O₂氧化Cr（OH）₃生成Na₂CrO₄，同時生成水，因為有碳酸鈉反應，所以還生成二氧化碳，反應方程式為2Cr（OH）₃+3H₂O₂+2Na₂CO₃=2Na₂CrO₄+6H₂O+2CO₂↑，故答案為：2Cr（OH）₃+3H₂O₂+2Na₂CO₃=2Na₂CrO₄+6H₂O+2CO₂↑；
（6）當溶液中Al³⁺開始沉淀時，溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$mol/L=10^-10 mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.5×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-10}）^{3}}$mol/L=2.5×10^-8 mol/L，
故答案為：2.5×10^-8mol/L；
（7）CaCrO₄被二氧化硫還原生成 Cr³⁺，消耗二氧化硫體積為20.16mL，n（SO₂）=$\frac{20.16×1{0}^{-3}L}{22.4mol/L}$=9×10^-4 mol，根據(jù)轉移電子守恒得n（CaCrO₄）=$\frac{9×1{0}^{-4}mol×2}{3}$=6×10^-4 mol，粗產(chǎn)品中Cr元素質量=6×10^-4 mol×52g/mol×50=1.56g，鉻礦石的質量是10g，則Cr元素質量分數(shù)=$\frac{1.56g}{10g}$×100%=15.6%，所以該工藝流程中鉻鐵礦中鉻的利用率=$\frac{15.6%}{19.5%}×100%$=80%，
故答案為：80%．

點評 本題考查物質分離和提純，為高頻考點，側重考查學生分析判斷及知識綜合運用能力，涉及方程式計算、氧化還原反應、化學反應速率影響因素、溶度積常數(shù)計算等知識點，明確物質性質、化學反應原理等知識點是解本題關鍵，注意（7）中易漏掉計算1000mL溶液中Cr元素質量，為易錯點．