Question

11．某Cr₂O₃樣品中含有少量Al₂O₃、MgO等雜質(zhì)．實驗室以此樣品為主要原料制取重銘酸鉀（K₂Cr₂O₇）的流程如下：

已知：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．
（1）上述氧化過程中，若將1mol Cr₂O₃轉(zhuǎn)化成Na₂CrO₄，消耗氧氣的體積（標準狀況）是33.6L．
（2）酸化1中為確保溶液中Al³⁺、AlO₂^-濃度均不超過10^-6 mol•L^-1，需調(diào)節(jié)溶液pH值的范圍是5～8．
已知：Al（OH）₃（s）?H⁺+AlO₂^-+H₂O的K=1×10^-14；K_ap[Al（OH）₃]=1×10^-33
（3）酸化2后所得溶液加入KCl發(fā)生復分解反應，該反應能發(fā)生的原因是K₂Cr₂O₇ 溶解度小于Na₂Cr₂O₇．
（4）稱取重鉻酸鉀試樣2.40g配成250mL溶液，取出25.00mL于碘量瓶中，加入稀硫酸和足量碘化鉀（鉻被還原為Cr³⁺）并放于暗處6min左右，然后加入適量水和數(shù)滴淀粉指示劑，用0.24mol•L^-1Na²S₂O₃標準溶液滴定至終點（發(fā)生反應：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，雜質(zhì)不參與反應），共用去Na₂S₂O₃標準溶液20.00mL．求所得產(chǎn)品中重鉻酸鉀的質(zhì)量分數(shù)（寫出計算過程）．

Answer 1

分析 流程分析可知，某Cr₂O₃樣品中含有少量Al₂O₃、MgO等雜質(zhì)，反應器中加入純堿和氧氣，將 Cr₂O₃轉(zhuǎn)化成Na₂CrO₄，浸取過濾得到濾液調(diào)節(jié)溶液PH除去鋁和鎂離子，過濾得到Na₂CrO₄溶液，酸化后加入氯化鉀濃縮過濾干燥得到重鉻酸鉀，
（1）若將1mol Cr₂O₃轉(zhuǎn)化成Na₂CrO₄，消耗氧氣的體積依據(jù)電子守恒計算；
（2）依據(jù)電離平衡常數(shù)和溶度積常數(shù)計算所需溶液的PH范圍；
（3）操作中加入KCl的原因溫度對氯化鈉的溶解度影響小，但對重鉻酸鉀的溶解度影響較大；
（4）依據(jù)反應過程得到反應的關系式K₂Cr₂O₇～3I₂～6Na₂S₂O₃計算產(chǎn)品中重鉻酸鉀的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：流程分析可知，某Cr₂O₃樣品中含有少量Al₂O₃、MgO等雜質(zhì)，反應器中加入純堿和氧氣，將 Cr₂O₃轉(zhuǎn)化成Na₂CrO₄，浸取過濾得到濾液調(diào)節(jié)溶液PH除去鋁和鎂離子，過濾得到Na₂CrO₄溶液，酸化后加入氯化鉀濃縮過濾干燥得到重鉻酸鉀，
（1）若將1mol Cr₂O₃轉(zhuǎn)化成Na₂CrO₄，Cr₂O₃～2Na₂CrO₄～6e^-，O₂～4e^-，
得到2Cr₂O₃～3O₂～12e^-，
    2       3
    1mol    1.5mol
消耗標準狀況下氧氣的體積=1.5mol×22.4L/mol=33.6L，
故答案為：33.6；
（2）依據(jù)電離平衡常數(shù)和溶度積常數(shù)計算所需溶液的PH范圍，
Al（OH）₃（s）?H⁺+AlO₂^-+H₂O的K=c（AlO₂^-）×c（H⁺）=1×10^-14，c（H⁺）=10^-8mol/L，溶液PH=8，
K_ap[Al（OH）₃]=c（Al³⁺）×c³（OH^-）=1×10^-33 ，c（OH^-）=10^-9mol/L，c（H⁺）=10^-5mol/L，溶液PH=5，
酸化1中為確保溶液中Al³⁺、AlO₂^-濃度均不超過10^-6 mol•L^-1，需調(diào)節(jié)溶液pH值的范圍是5～8，
故答案為：5～8；
（3）操作中加入KCl的原因溫度對氯化鈉的溶解度影響小，但對重鉻酸鉀的溶解度影響較大，K₂Cr₂O₇ 溶解度小于Na₂Cr₂O，利用復分解反應，可得到重鉻酸鉀；
故答案為：K₂Cr₂O₇ 溶解度小于Na₂Cr₂O₇；
（4）稱取重鉻酸鉀試樣2.40g配成250mL溶液，取出25.00mL于碘量瓶中，加入稀硫酸和足量碘化鉀（鉻被還原為Cr³⁺）并放于暗處6min左右，反應為Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O，然后加入適量水和數(shù)滴淀粉指示劑，用0.24mol•L^-1Na²S₂O₃標準溶液滴定至終點（發(fā)生反應：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，雜質(zhì)不參與反應），共用去Na₂S₂O₃標準溶液20.00mL，
依據(jù)反應的定量關系為：
        K₂Cr₂O₇～3I₂～6Na₂S₂O₃
         1             6
0.24mol•L^-1 ×0.020L     n
n=0.0008mol，
稱取重鉻酸鉀試樣2.40g配成250mL溶液中重鉻酸鉀質(zhì)量，
m（K₂Cr₂O₇）=0.0008mol×294g/mol×$\frac{250}{25}$=2.352g，
產(chǎn)品中重鉻酸鉀的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{2.352g}{2.40g}$×100%=98.0%，
答：產(chǎn)品中重鉻酸鉀的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{2.352g}{2.40g}$×100%=98.0%．

點評 本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應、溶解平衡以及滴定操作等問題，題目難度中等，本題注意從質(zhì)量守恒的角度利用關系式法計算．