Question

铬铁矿的主要成分可表示为FeO·Cr₂O₃，还含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等杂质，以下是以铬铁矿为原料制备重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）的流程图：

已知：①4FeO·Cr₂O₃+ 8Na₂CO₃+ 7O₂8Na₂CrO₄ + 2 Fe₂O₃ + 8CO₂↑；

②Na₂CO₃ + Al₂O₃2NaAlO₂ + CO₂↑；③ Cr₂O₇^2－+ H₂O2CrO₄^2－ + 2H⁺

根据题意回答下列问题：

（1）固体X中主要含有_________（填写化学式）；要检测酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，应该使用__________（填写仪器或试剂名称）。

（2）酸化步骤用醋酸调节溶液pH<5，其目的是_________________________________。

（3）操作Ⅲ有多步组成，获得K₂Cr₂O₇晶体的操作依次是：加入KCl固体、蒸发浓缩、       、过滤、_______、干燥。

（4）下表是相关物质的溶解度数据，操作Ⅲ发生反应的化学方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl → K₂Cr₂O₇↓+2NaCl。该反应在溶液中能发生的理由是_______________。

物质	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

 

（5）副产品Y主要含氢氧化铝，还含少量镁、铁的难溶化合物及可溶性杂质，精确分析Y中氢氧化铝含量是称取n g样品，加入过量______（填写试剂）、溶解、过滤、再______（填写试剂）、……灼烧、冷却、称量，得干燥固体m g 。计算样品中氢氧化铝的质量分数为_______（用含m、n的代数式表示）。

（6）六价铬有毒，而Cr³⁺相对安全。工业含铬（CrO₃）废渣无害化处理的方法之一是干法解毒，用煤不完全燃烧生成的CO还原CrO₃。在实验室中模拟这一过程的装置如下：

CO由甲酸脱水制得；实验结束时熄灭酒精灯的顺序是_________________________。

 

Answer 1

【答案】

（1）Fe₂O₃、MgO。  pH计或精密pH试纸     （2）使CrO₄^2－转化为Cr₂O₇^2－    

（3）冷却结晶  洗涤

（4）K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）

（5） NaOH溶液   通入过量二氧化碳    (26m/17n)×100％。    （6）III、I、IV

【解析】

试题分析：（1）由框图可知：碳酸钠、铬铁矿和氧气在750度时发生反应①4FeO·Cr₂O₃+ 8Na₂CO₃+ 7O₂8Na₂CrO₄ + 2 Fe₂O₃ + 8CO₂↑；②Na₂CO₃ + Al₂O₃2NaAlO₂ + CO₂↑；③ Cr₂O₇^2－+ H₂O2CrO₄^2－ + 2H⁺ 。而Fe₂O_3、MgO不能发生反应。用水浸取时Na₂CrO₄溶解在水中。难溶解于水的物质是Fe₂O₃、MgO。即固体X中主要含有Fe₂O₃、MgO；PH试纸只能粗略测定溶液的酸碱性。若要精确检测酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，应该使用pH计或精密pH试纸。（2）用醋酸调节溶液pH<5为了其目的是使CrO₄^2－转化为Cr₂O₇^2－。2CrO₄^2－+2H⁺=Cr₂O₇^2－+H₂O。（3）由表中各种物质在不同温度下的溶解度可以看出：K₂Cr₂O₇比Na₂Cr₂O₇在相同温度下的溶解度要小很多，而且受温度的影响变化较大。所以获得K₂Cr₂O₇晶体的操作依次是：加入KCl固体、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。（4）右表是相关物质的溶解度数据，操作Ⅲ发生反应的化学方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl → K₂Cr₂O₇↓+2NaCl。该反应在溶液中能发生的理由是K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小。（5）氢氧化铝是两性氢氧化物，既能与酸反应，也能与强碱发生反应，而少量镁、铁的难溶化合物能与酸反应。所以要精确分析Y中氢氧化铝含量方法是称取n g样品，加入过量NaOH溶液这时发生反应：NaOH+Al (OH)₃=NaAlO₂+2H₂O.转化为可溶性物质进入溶液。经溶解、过滤、再通入过量二氧化碳发生反应：NaAlO₂+2H₂O+CO₂= NaHCO₃+ Al (OH)₃↓.将沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧发生反应：2Al (OH)₃Al₂O₃+3H₂O.冷却、称量，得干燥固体m g为Al₂O₃的质量。由方程式科看出156份Al (OH)₃制得102份Al₂O₃。所以样品中Al (OH)₃的质量分数为： (156m÷102) ÷n×100％=(26m/17n)×100％.（6）由甲酸脱水制得CO,由于CO是有可燃性的有毒的气体，所以尾气实验结束时必须通过点燃处理掉。为防止反应产生的Cr3+再次被空气中的氧气氧化。所以产物要在CO的还原性环境中冷却。故最后熄灭酒精灯的顺序是III、I、IV。

考点：考查以铬铁矿为原料制备重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）过程中涉及的反应原理、实验操作及有关计算等知识。