Question

20．铬铁矿的主要成分可表示为FeO•Cr₂O₃，还含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等杂质，如图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⁺
（1）固体X中主要含有Fe₂O₃、MgO（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pH计或精密pH试纸（填写仪器或试剂名称）．
（2）酸化步骤用醋酸调节溶液pH＜5，其目的是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-．
（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、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（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）．

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）酸性溶液中过氧化氢能使Cr₂O₇^2-生成蓝色的过氧化铬（CrO₅分子结构为），该反应可用来检验Cr₂O₇^2-的存在．写出反应的离子方程4H₂O₂+Cr₂O₇^2-+2H⁺═2CrO₅+5H₂O．该反应不属于（填“属于”或“不属于”）氧化还原反应．
（6）称取重铬酸钾试样2.500g配成250mL溶液，取出25mL与碘量瓶中，加入10mL2mol/L  H₂SO₄和足量碘化钾（铬的还原产物为Cr³⁺），放于暗处5min．然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示剂，用0.1200mol/LNa₂S₂O₃标准溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）
①判断达到滴定终点的依据是当滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液时，溶液蓝色褪去，半分钟内不变色；
②若实验中共用去Na₂S₂O₃标准溶液40.00mL，则所得产品中重铬酸钾的纯度为94.08%．（保留3位有效数字，K₂Cr₂O₇的摩尔质量为294g/mol）．

Answer 1

分析 铬铁矿通过焙烧，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合体系，然后加水溶解得固体Fe₂O₃、MgO和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，再调节溶液的PH，使偏铝酸盐完全沉淀，继续调节溶液的PH使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化钾，生成溶解度极小的K₂Cr₂O₇，
（1）依据流程图和题干反应分析判断固体X的成分；通常PH试纸只能测定溶液PH的整数，测定PH是小数的需要用精确试纸或pH计；
（2）结合流程图和反应过程中得到物质分析，酸化步骤用醋酸调节溶液pH＜5为了转化CrO₄^2-离子为Cr₂O₇^2-；
（3）溶液中得到溶质晶体的方法是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤步骤分析回答；
（4）依据物质溶解度比较分析，反应向溶解度晓得方向进行；
（5）过氧化氢与K₂Cr₂O₇在酸性溶液中发生反应生成CrO₅和水；根据过氧化铬的结构简式可知存在过氧键、Cr-O键、Cr=O来分析判断反应中元素化合价的变化；
（6）根据反应：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，碘单质遇到淀粉时，溶液的蓝色消失，据此来回答并计算纯度．

解答 解：（1）铬铁矿的主要成分可表示为FeO•Cr₂O₃，还含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等杂质，加入氧气和碳酸钠，发生反应为
①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；
③Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，
操作Ⅰ是过滤得到固体X为Fe₂O₃、MgO；要检测酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，普通pH试纸只能测定溶液pH到整数，是近似测定，准确测定需要用pH计或精确pH试纸，
故答案为：Fe₂O₃、MgO；pH计或精密pH试纸；
（2）酸化步骤用醋酸调节溶液pH＜5，依据流程图中物质的转化和制备目的可知，结合反应平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氢离子浓度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，
故答案为：使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-；
（3）操作Ⅲ有多步组成，获得K₂Cr₂O₇晶体的操作依次是：加入KCl固体、蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到晶体，
故答案为：冷却结晶，洗涤；
（4）依据图表物质的溶解度分析对比，操作Ⅲ发生反应的化学方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl；说明K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小），
故答案为：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）；
（5）根据过氧化铬的结构简式可知一个铬与五个氧形成形成六个铬氧极性共价键，共用电子对偏向都偏向氧，所以呈+6，结构式中存在过氧键、Cr-O键、Cr=O，在4个Cr-O键中O为-1价，在Cr=O键中O为-2价，过氧化氢与K₂Cr₂O₇在酸性溶液中发生反应生成CrO₅和水，离子反应为4H₂O₂+Cr₂O₇^2-+2H⁺═2CrO₅+5H₂O，在该反应中铬元素的化合价不变，其它元素的化合价也不变，所以该反应不属于氧化还原反应，
故答案为：4H₂O₂+Cr₂O₇^2-+2H⁺═2CrO₅+5H₂O；不属于；
（6）①根据反应：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，当滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液时，碘单质恰好完全反应，溶液蓝色褪去，达到滴定终点，
故答案为：当滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液时，溶液蓝色褪去，半分钟内不变色；
②由反应Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O；I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-可得反应的关系式为Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-，根据关系式计算．
Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-
1mol    3mol  6mol
n              0.1200×40×10^-3mol
则250ml含重铬酸钾的物质的量为n=$\frac{0.1200×40×10{\;}^{-3}mol}{6}$×10，则所得产品中重铬酸钾纯度为 $\frac{01200×40×10{\;}^{-3}×10×294}{6×2.5000}$×100%=94.08%，
故答案为：94.08%．

点评 本题考查了物质制备流程和方案的分析判断，物质性质的应用，题干信息的分析理解，操作步骤的注意问题和基本操作方法是解题关键，题目难度中等．