Question

2．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+7O₂$\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑
②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑
③Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺
根据题意回答下列问题：
（1）操作Ⅰ的名称是过滤，固体X中主要含有Fe₂O₃、MgO（填写化学式）；
（2）用醋酸调节溶液pH=7～8后再进行操作Ⅱ所得固体Y的成分为Al（OH）₃（写化学式）．
（3）酸化步骤中调节溶液pH＜5时发生反应2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．若将将醋酸改用盐酸，盐酸会与Cr₂O₇^2-反应造成大气污染并生成Cr³⁺杂质，该反应的离子方程式为Cr₂O₇^2-+6Cl^-+14H⁺=2 Cr³⁺+3Cl₂↑+7 H₂O．
（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：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）．

物质		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

（5）含铬废渣（废水）的随意排放对人类生存环境有极大的危害．电解法是处理铬污染的一种方法，金属铁作阳极、石墨作阴极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，一段时间后产生Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀．
①电解法处理废水的总反应如下，配平并填写空缺：（已知产物中n（Fe（OH）₃）：n（H₂）=1：1）
6Fe+1Cr₂O₇^2-+2H⁺+17H₂O═6Fe（OH）₃↓+2Cr（OH）₃↓+6H₂↑；
②已知常温下Cr（OH）₃的K_sp=6.4×10^-32mol⁴/l⁴，若Ⅰ类生活饮用水水质标准铬含量最高限值是0.052mg/L，要使溶液中c（Cr³⁺）降到符合饮用水水质标准，须调节溶液的pH大于5.6．（已知lg2=0.3）

Answer 1

分析 铬铁矿通过焙烧，得到Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合体系，然后加水溶解，过滤分离，得到固体Fe₂O₃、MgO，滤液中含有Na₂CrO₄、NaAlO₂，再调节溶液的pH，使偏铝酸盐完全转化为氢氧化铝沉淀，过滤分离，滤液继续调节pH使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化钾，利用溶解度不同，从溶液中析出溶解度更小的K₂Cr₂O₇晶体．
（1）操作I是将互不相溶的固体与液态分离，由上述分析可知，固体X含有氧化铁、氧化镁；
（2）用醋酸调节溶液pH=7～8，使偏铝酸盐完全转化为氢氧化铝沉淀，再进行过滤分离而除去；
（3）Cr₂O₇^2-具有强氧化性，将氯离子氧化为氯气，还原得到Cr³⁺；
（4）由表中溶解度数据，可知四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小，符合复分解反应条件；
（5）①由电荷守恒可知，缺项物质为H⁺，产物中n[Fe（OH）₃]：n（H₂）=1：1，设二者系数均为1，根据电子转移守恒，计算Cr（OH）₃的系数，再利用电荷守恒、原子守恒配平，然后扩大倍数配平后离子方程式；
②铬含量最高限值是0.052mg/L，则溶液中c（Cr³⁺）=1×10^-6mol/L，将c（Cr³⁺）代入K_sp=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）计算溶液中c（OH^-）的极小值，进而计算溶液pH最小值．

解答 解：铬铁矿通过焙烧，得到Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合体系，然后加水溶解，过滤分离，得到固体Fe₂O₃、MgO，滤液中含有Na₂CrO₄、NaAlO₂，再调节溶液的pH，使偏铝酸盐完全转化为氢氧化铝沉淀，过滤分离，滤液继续调节pH使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化钾，利用溶解度不同，从溶液中析出溶解度更小的K₂Cr₂O₇晶体．
（1）操作I是将互不相溶的固体与液态分离，采取过滤方法分离，由上述分析可知，固体X含有Fe₂O₃、MgO，
故答案为：过滤；Fe₂O₃、MgO；
（2）用醋酸调节溶液pH=7～8，使偏铝酸盐完全转化为氢氧化铝沉淀，再进行过滤分离而除去，操作Ⅱ所得固体Y的成分为Al（OH）₃，
故答案为：Al（OH）₃；
（3）Cr₂O₇^2-具有强氧化性，将氯离子氧化为氯气，还原得到Cr³⁺，反应离子方程式为：Cr₂O₇^2-+6Cl^-+14H⁺=2 Cr³⁺+3Cl₂↑+7 H₂O，
故答案为：Cr₂O₇^2-+6Cl^-+14H⁺=2 Cr³⁺+3Cl₂↑+7 H₂O；
（4）由表中溶解度数据，可知K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小），符合复分解反应条件，故反应可以发生，
故答案为：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）；
（5）①由电荷守恒可知，缺项物质为H⁺，产物中n[Fe（OH）₃]：n（H₂）=1：1，设二者系数均为1，根据电子转移守恒，Cr（OH）₃的系数为$\frac{1×3-1×2}{6-3}$=$\frac{1}{3}$，再利用电荷守恒、原子守恒、扩大倍数配平后离子方程式为：6Fe+Cr₂O₇^2-+2H⁺+17H₂O=6Fe（OH）₃↓+2Cr（OH）₃↓+6H₂↑，
故答案为：6，1，2H⁺，17，6，2，6；
②铬含量最高限值是0.052mg/L，则溶液中c（Cr³⁺）=1×10^-6mol/L，由代入K_sp=c（Cr³⁺）×c³（OH^-），可知溶液中c（OH^-）的极小值为$\root{3}{\frac{6.4×1{0}^{-32}}{1×1{0}^{-6}}}$mol/L=4×10^-9mol/L，溶液pH最小值=-lg$\frac{1{0}^{-14}}{4×1{0}^{-9}}$=5.6，
故答案为：5.6．

点评 本题考查化学实验制备方案，涉及对原理的分析评价、物质的分离提纯、氧化还原反应配平、溶度积有关计算等，需要学生具备扎实的基础，理解工艺流程原理是解题关键，难度中等．