Question

5．工业上常采用固体碱熔氧化法用铬铁矿粉 制备重铬酸钾，铬铁矿的主要成分为 FeO•Cr₂O₃，还含 有 SiO₂、Al₂O₃ 等杂质．实验室现欲模拟此过程，具体流 程如下：

已知：①NaFeO₂ 遇水强烈水解；②重铬酸钾为橙红色三斜晶体或针状晶体，溶于水，不溶于乙醇，有 强氧化性；③2CrO₄ ^2-+2H⁺?Cr₂O₇ ^2-+H₂O．请回答以下问题：
（1）灼烧操作一般在坩埚中进行，下列物质适合用来制作此实验坩埚材料的是A
A．铁 B．氧化铝 C．石英 D．陶瓷
（2）铬铁矿经粉碎处理的目的是增大反应物的表面积，加快反应速率
（3）滤渣 1 为红褐色固体，滤液 1 的成分除 Na₂CrO₄、NaOH 外，还含有（填化学式） 实验中将滤液 1 调节 pH=7～8 的目的是促进AlO₂^-、和SiO₃^2-水解转化为Al（OH）₃、H₂SiO₃沉淀．
（4）通过途径 I 从 Na₂CrO₄溶液中获得 K₂Cr₂O₇晶体，必须进行的操作步骤有：酸化→加 KCl 固体→蒸发 浓缩→操作 a→过滤→洗涤→干燥．
①“酸化”操作时可选择的酸是稀硫酸
②操作 a 的名称是冷却结晶．在此步操作过程中如果溶液出现过饱和现象，可采用加入晶体、摩擦烧杯壁或用玻璃棒搅拌等方法促进晶体析出．
（5）已知实验取用的铬铁矿 38.0g，其中含 Cr₂O₃40%，最终获 得 K₂Cr₂O₇ 晶体 20.9g，则产率为71.1%．

Answer 1

分析 铬铁矿主要成分为FeO•Cr₂O₃，含有SiO₂、Al₂O₃等杂质、混和NaOH，与足量空气煅烧，4FeO•Cr₂O₃+7O₂+20NaOH$\frac{\underline{\;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；过滤，使滤液酸化，使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，加KCl固体→蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥，得到K₂Cr₂O₇．
（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进行解答；
（3）根据流程分析样品中含有SiO₂、Al₂O₃等杂质在NaOH溶液里会溶解生成可溶性盐进入滤液I；调节溶液pH的目的是为了除去滤液Ⅰ中含有的杂质离子，使之水解转化为沉淀除去；
（4）①为使2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O 的平衡向正反应方向移动，可选择非氧化性或还原性的酸酸化；
②从溶液中提取溶质的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，过饱和溶液中促进晶体析出的方法是提供晶体核即可；
（5）可根据原子守恒计算出K₂Cr₂O₇ 晶体理论产量，再利用K₂Cr₂O₇ 晶体实际产量与理论产量的比值计算出产率．

解答 解：铬铁矿主要成分为FeO•Cr₂O₃，含有SiO₂、Al₂O₃等杂质、混和NaOH，与足量空气煅烧，4FeO•Cr₂O₃+7O₂+20NaOH$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10H₂O，生成Na₂CrO₄、NaFeO₂、Na₂SiO₃、NaOH和NaAlO₂的混合体系，然后加水溶解，三价铁水解，NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH，得固体氢氧化铁滤渣1和滤液Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaOH、NaAlO₂，再调节溶液的pH，使偏铝酸盐完全转化为氢氧化铝沉淀，硅酸盐完全沉淀；过滤，使滤液酸化，使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，加KCl固体→蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥，得到K₂Cr₂O₇．
（1）A．铁坩埚含有铁，铁与氢氧化钠不反应，故A正确；
B．三氧化二铝能和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，故B错误；
C．石英中含有二氧化硅，二氧化硅能和氢氧化钠反应，故C错误；
D．陶瓷中含有二氧化硅，二氧化硅能和氢氧化钠反应，故D错误；
故答案为：A；
（2）固体的表面积越大，反应速率越大，铬铁矿经粉碎处理，能使铬铁矿的表面积增大，增大了与氧气 接触面积，所以反应速率加快；
故答案为：增大反应物的表面积，加快反应速率；
（3）由流程分析可知滤液I中含有Na₂CrO₄、NaFeO₂、Na₂SiO₃、NaOH和NaAlO₂，调节溶液的pH=7～8 的目的是促进AlO₂^-、和SiO₃^2-水解转化为Al（OH）₃、H₂SiO₃沉淀，通过过滤除去；故答案为：NaAlO₂、Na₂SiO₃；促进AlO₂^-、和SiO₃^2-水解转化为Al（OH）₃、H₂SiO₃沉淀；
（4）①“酸化”步骤用稀硫酸来调节溶液pH＜5，促进CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，故答案为：稀硫酸；
②从溶液中提取溶质的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，则操作a为冷却结晶，促进过饱和溶液析出晶体，可通过加入晶体、摩擦烧杯壁或用玻璃棒搅拌等方法找一个“中心”聚集起来让晶体析出，故答案为：冷却结晶；加入晶体、摩擦烧杯壁或用玻璃棒搅拌；
（5）铬铁矿38.0g，其中含 Cr₂O₃40%，可知Cr₂O₃质量为38.0×40%=15.2g，物质的量为$\frac{15.2g}{152g/mol}$=0.1mol，根据原子守恒，理论得到的K₂Cr₂O₇ 晶体物质的量为0.1mol，质量为0.1mol×294g/mol=29.4g，最终获 得 K₂Cr₂O₇ 晶体 20.9g，则产率为$\frac{20.9g}{29.4g}×100%$=71.1%．

点评 本题考查了物质制备实验方案的流程分析和产物判断，题目难度中等，把握生产流程是解题的关键，注意物质之间的转化，侧重于考查学生的实验探究能力和对基础知识的综合应用能力．