Question

20．以铬铁矿（主要成分为FeO和Cr₂O₃，含有Al₂O₃、SiO₂等杂质）为主要原料生产化工原料红矾钠（红矾钠的主要成分为重铬酸钠：Na₂Cr₂O₇•2H₂O），其主要工艺流程如下：

查阅资料得知：
i．常温下，NaBiO₃不溶于水，有强氧化性，在碱性条件下，能将Cr³⁺转化为CrO₄^2-．
ii．

物质	开始沉淀的pH值	完全沉淀的pH值
Fe（OH）3	2.7	3.7
Al（OH）3	3.4	4.4
Cr （OH）3	4.6	5.9
Fe（OH）2	7.5	9.7
Bi（OH）3	0.7	4.5

回答下列问题：
（1）反应之前先将矿石粉碎的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率．
（2）操作Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ用到的主要玻璃仪器有玻璃棒和漏斗、烧杯（填仪器名称）．
（3）写出④反应的离子反应方程式3NaBiO₃+2Cr³⁺+7OH^-+H₂O=2CrO₄^2-+3Na⁺+3Bi（OH）₃．
（4）⑤中酸化是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，写出该反应的离子方程式2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．
（5）将溶液H经过下列操作，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥即得红矾钠．
（6）取一定质量的固体D溶解于200mL的硫酸中，向所得溶液中加入5mol/L的NaOH溶液，生成沉淀的物质的量n与加入NaOH溶液的体积V关系如图所示，则硫酸的浓度为2.5mol•L^-1；，固体D中含Fe化合物的物质的量为0.1mol．

Answer 1

分析 铬铁矿（主要成分为FeO和Cr₂O₃，含有Al₂O₃、SiO₂等杂质），加入过量稀硫酸，固体A为SiO₂，溶液B中含有Cr³⁺、Al³⁺、Fe²⁺，在B中加入过氧化氢，可生成Fe³⁺，调节溶液pH可除去Fe³⁺、Al³⁺，生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，即固体D，溶液E含有Cr³⁺，在溶液E中加入NaBiO₃和NaOH，发生氧化还原反应，固体G为Bi（OH）₃，溶液F含有Na₂CrO₄，酸化可得Na₂Cr₂O₇，溶液经蒸发浓缩、冷却结晶可得Na₂Cr₂O₇•2H₂O，以此解答该题．

解答 解：铬铁矿（主要成分为FeO和Cr₂O₃，含有Al₂O₃、SiO₂等杂质），加入过量稀硫酸，固体A为SiO₂，溶液B中含有Cr³⁺、Al³⁺、Fe²⁺，在B中加入过氧化氢，可生成Fe³⁺，调节溶液pH可除去Fe³⁺、Al³⁺，生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，即固体D，溶液E含有Cr³⁺，在溶液E中加入NaBiO₃和NaOH，发生氧化还原反应，固体G为Bi（OH）₃，溶液F含有Na₂CrO₄，酸化可得Na₂Cr₂O₇，溶液经蒸发浓缩、冷却结晶可得Na₂Cr₂O₇•2H₂O，
（1）反应之前先将矿石粉碎，可增大反应物的接触面积，加快反应速率，故答案为：增大反应物的接触面积，加快反应速率；
（2）操作 I、III、IV为过滤操作，用到的主要玻璃仪器有玻璃棒和漏斗、烧杯，故答案为：漏斗、烧杯；
（3）在溶液E中加入NaBiO₃和NaOH，发生氧化还原反应，固体G为Bi（OH）₃，反应的离子方程式为3NaBiO₃+2Cr³⁺+7OH^-+H₂O=2CrO₄^2-+3Na⁺+3Bi（OH）₃，
故答案为：3NaBiO₃+2Cr³⁺+7OH^-+H₂O=2CrO₄^2-+3Na⁺+3Bi（OH）₃；
（4）酸化使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，反应的离子方程式为2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（5）Na₂Cr₂O₇溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥即得红矾钠，故答案为：冷却结晶；
（6）由图象可知加入NaOH200mL时沉淀完全，此时溶液为Na₂SO₄，则n（H₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×5mol/L×0.2L=0.5mol，c（H₂SO₄）=$\frac{0.5mol}{0.2L}$=2.5mol/L，
加入NaOH200mL～240mL时发生NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，则n[Al（OH）₃]=n（NaOH）=5mol/L×0.04L=0.2mol，
从20mL到200mL，生成Fe（OH）₃和Al（OH）₃，n（Fe（OH）₃）=$\frac{0.18L×5mol/L-0.2mol×3}{3}$=0.1mol，
所以固体D中含Fe化合物的物质的量为0.1mol，
故答案为：2.5 mol•L^-1； 0.1mol．

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，为高频考点，侧重于学生的分析能力、实验和计算能力的考查，注意把握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，题目难度较大．