Question

铬铁矿主要成分为FeO?Cr₂O₃，含有SiO₂、Al₂O₃等杂质．工业上用铬铁矿制备红矾钠（Na₂Cr₂O₇）的流程如图所示：煅烧时反应为：4FeO?Cr₂O₃+7O₂+20NaOH

煅烧  .

8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10H₂O

（1）步骤①是在坩埚中进行煅烧，可用作此坩埚材料的是

 

．
  A．铁  B．氧化铝  C．石英   D．陶瓷
（2）步骤①煅烧反应极慢，需要升温至NaOH呈熔融状态，反应速率才加快，其原因为

 

．
（3）步骤②中NaFeO₂会强烈水解生成氢氧化铁沉淀，其化学方程式为

 

．
（4）将五份滤液1分别在130℃蒸发1小时，各自冷却到不同温度下结晶，保温过滤，所得实验数据如下表．根据数据分析，步骤③的最佳结晶温度为

 

．

结晶温度/℃	Na2CrO4粗晶中各物质含量/w%
	Na2CrO4?4H2O	NaOH	Na[Al（OH）4]	Na2SiO3
30	52.45	29.79	8.69	12.21
40	68.81	20.49	8.46	10.84
50	60.26	27.96	10.36	9.32
60	50.74	29.66	10.40	12.25
70	46.77	33.06	8.10	6.48

（5）步骤④中滤渣3的成分是

 

．
（6）假设该流程中铬元素完全转化为红矾钠，则该铬铁矿中铬元素的质量分数为

 

（用含m₁、m₂的代数式表示）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：铬铁矿主要成分为FeO?Cr₂O₃，含有SiO₂、Al₂O₃等杂质、混和NaOH（m₁kg），与足量空气通过焙烧，4FeO?Cr₂O₃+7O₂+20NaOH

煅烧  .

8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10H₂O，生成Na₂CrO₄、NaFeO₂、Na₂SiO₃、NaOH和NaAlO₂的混合体系，然后加水溶解，三价铁水解，NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH，得固体氢氧化铁滤渣1和滤液Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaOH、NaAlO₂，再调节溶液的pH，使偏铝酸盐完全转化为氢氧化铝沉淀，硅酸盐完全沉淀；继续调节溶液的pH使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，最后生成溶解度极小的Na₂Cr₂O₇，得到红矾钠（Na₂Cr₂O₇）（m₂kg）．
（1）根据步骤①在坩埚中进行煅烧物质含有强碱氢氧化钠，氢氧化钠能和二氧化硅反应来解答；
（2）根据影响化学反应速率的常见因素以及反应现象进行解答；
（3）NaFeO₂强烈水解，生成氢氧化铁沉淀，根据质量守恒可知还应有NaOH，据此书写化学方程式；
（4）根据五份滤液1分别在130℃蒸发1小时，各自冷却到不同温度下结晶，所得实验数据分析，步骤③的最佳结晶温度为40℃，此时Na₂CrO₄粗晶中得到的Na₂CrO₄?4H₂O含量最高；
（5）步骤④为调节溶液的pH，使偏铝酸盐完全转化为氢氧化铝沉淀，硅酸盐完全沉淀，分离出Na₂CrO₄，据此分析解答；
（6）依据铬元素质量守恒，计算该铬铁矿中铬元素的质量分数；

解答： 解：铬铁矿主要成分为FeO?Cr₂O₃，含有SiO₂、Al₂O₃等杂质、混和NaOH（m₁kg），与足量空气通过焙烧，4FeO?Cr₂O₃+7O₂+20NaOH

煅烧  .

8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10H₂O，生成Na₂CrO₄、NaFeO₂、Na₂SiO₃、NaOH和NaAlO₂的混合体系，然后加水溶解，三价铁水解，NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH，得固体氢氧化铁滤渣1和滤液Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaOH、NaAlO₂，再调节溶液的pH，使偏铝酸盐完全转化为氢氧化铝沉淀，硅酸盐完全沉淀；继续调节溶液的pH使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，最后生成溶解度极小的Na₂Cr₂O₇，得到红矾钠（Na₂Cr₂O₇）（m₂kg）．
（1）A．铁坩埚含有铁，铁与氢氧化钠不反应，故A正确；
B．三氧化二铝能和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，故B错误；
C．石英中含有二氧化硅，二氧化硅能和氢氧化钠反应，故C错误；
D．陶瓷中含有二氧化硅，二氧化硅能和氢氧化钠反应，故D错误；
故选A．                                                             
（2）升高温度，增加单位体积内的活化分子数，有效碰撞增加，反应速率加快，需要升温至NaOH呈熔融状态，说明NaOH呈熔融状态，熔融后增大了反应物的接触面积，反应速率加快为主要因素，
故答案为：熔融后增大了反应物的接触面积；                                  
（3）NaFeO₂强烈水解，生成氢氧化铁沉淀，根据质量守恒可知还应有NaOH，化学方程式为：NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH，
故答案为：NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH；                                 
（4）步骤③的目的：将滤液1在130℃蒸发1小时，冷却到结晶，比较所得实验数据，40℃，此时Na₂CrO₄粗晶中得到的Na₂CrO₄?4H₂O含量最高，
故答案为：40；                                                             
（5）滤液1含有Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaOH、NaAlO₂，再调节溶液的pH，使偏铝酸盐完全转化为氢氧化铝沉淀，硅酸盐完全转化为H₂SiO₃ （或H₄SiO₄ ）沉淀，滤液为Na₂CrO₄，分离出Na₂CrO₄；
故答案为：Al（OH）₃、H₂SiO₃ （或H₄SiO₄ ）；                                      
（6）最终得到m₂kg红矾钠（Na₂Cr₂O₇），含铬n（Cr）=

m2×103g

262g/mol

×2，则该铬铁矿中铬元素的质量分数为：

m2×103g×2

262g/mol m1×103g

×52=

52m2

131m1

，
故答案为：

52m2

131m1

；

点评：本题考查了红矾钠制备流程和方案的分析判断，为高频考点，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，注意物质性质的应用、题干信息的分析理解是解题关键，题目难度中等．