题目内容

16．以铬铁矿（主要成分为FeO•Cr2O3，还含有SiO2、Al2O3等杂质）为原料制备重铬酸钾（K2Cr2O7）的过程如图所示．

已知：①某些金属氧化物跟熔融烧碱反映可生成盐．
②NaFeO2遇水发生强烈水解．
回答下列问题：
（1）氧化焙烧时将铬铁矿粉碎的目的是增大接触面积，加快焙烧速率．写出焙烧铬铁矿生成Na2CrO4和NaFeO2的化学反应方程式4FeO•Cr2O3+20NaOH+7O2═8Na2CrO4+NaFeO2+10H2O．
（2）滤液l的溶质除Na2CrO4和NaOH外，还含有Na2SiO3、NaAlO2．（填化学式）
（3）滤渣2经酸化处理后（调节pH约为3）可形成一种胶冻状凝胶其主要用途是可用于制备干燥剂．（写一种）
（4）由Na2Cr2O7溶液（己除去Na2SO4）和KC1固体得到K2Cr2O7晶体的转化过程是复分解反应（填基本反应类型）．获得K2Cr2O7晶体的操作依次是：加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（5）欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可将Cr2O72-转化为Cr（OH）3沉淀除去．室温时，Cr（OH）3?Cr3+（aq）+3OH-（aq） Ksp=a．若c（Cr3+）=bmol/L，则溶液的pH=14+lg（$\frac{a}{b}$）$\frac{1}{3}$用（含a和b的代数式表示，需化简）．

分析 根据题中制备重铬酸钾的流程可知，铬铁矿在空气中煅烧，二价铁被氧化成三价铁，并形成钠盐，水浸后溶解到溶液中，即滤液Ⅰ中，部分铁酸根水解得滤渣Ⅰ，调节PH值，除去硅酸根离子，形成硅酸沉淀即滤渣Ⅱ，得到较纯净的Na2CrO4溶液，在Na2CrO4溶液中加入氯化钾利用溶解度的不同可以得到K2Cr2O7晶体，
（1）矿石粉碎是增大接触面积，加快反应速率；从流程看，反应物为：FeO•Cr2O3、氢氧化钠和氧气，生成物为：Na2CrO4和NaFeO2，根据化合价升降总数相等和原子守恒配平方程式；
（2）以铬铁矿（主要成分为FeO•Cr2O3，还含有SiO2、Al2O3等杂质）和氢氧化钠反应，二氧化硅是酸性氧化物，氧化铝为两性氧化物和碱粉碎反应；
（3）滤渣2经酸化处理后（调节pH约为3）可形成一种胶冻状凝胶为硅酸胶体，可以制备干燥剂；
（4）由Na2Cr2O7溶液（己除去Na2SO4）和KC1固体得到K2Cr2O7晶体是利用的溶解度不同得到，反应过程中无元素化合价变化；溶液中得到溶质晶体是加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥；
（5）室温时，Cr（OH）3?Cr3+（aq）+3OH-（aq） Ksp=a，依据溶度积常数计算氢氧根离子浓度，计算得到溶液PH；

解答 解：（1）氧化焙烧时将铬铁矿粉碎的目的是：增大接触面积，加快焙烧速率，从流程看，反应物为：FeO•Cr2O3、氢氧化钠和氧气，生成物为：Na2CrO4和NaFeO2，反应方程式为：FeO•Cr2O3+O2+NaOH→Na2CrO4+NaFeO2，铁从+2升到+3，铬从+3升到+6，2个铬升高6价，共升高7价，氧气化合价从0价降低到-2价，共降低4价，所以初步配平为：4FeO•Cr2O3+7O2+NaOH→8Na2CrO4+4NaFeO2，根据原子守恒，氢氧化钠前系数为20，生成物还有10H2O，配平方程式得：4FeO•Cr2O3+7O2+20NaOH$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$8Na2CrO4+4NaFeO2+10H2O，
故答案为：增大接触面积，加快焙烧速率； 4FeO•Cr2O3+20NaOH+7O2═8Na2CrO4+NaFeO2+10H2O
（2）以铬铁矿（主要成分为FeO•Cr2O3，还含有SiO2、Al2O3等杂质）和氢氧化钠反应，二氧化硅是酸性氧化物，氧化铝为两性氧化物和碱粉碎反应生成Na2SiO3、NaAlO2，滤液l的溶质除Na2CrO4和NaOH外，还含有Na2SiO3、NaAlO2，
故答案为：Na2SiO3、NaAlO2；
（3）滤渣2经酸化处理后（调节pH约为3）可形成一种胶冻状凝胶为硅酸胶体，可以制备干燥剂，
故答案为：可用于制备干燥剂；
（4）由Na2Cr2O7溶液（己除去Na2SO4）和KC1固体得到K2Cr2O7晶体是利用的溶解度不同得到，反应过程中无元素化合价变化，转化过程是复分解反应；溶液中得到溶质晶体是加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥，
故答案为：复分解反应、冷却结晶；
（5）室温时，Cr（OH）3?Cr3+（aq）+3OH-（aq） Ksp=c（Cr3+）c3（OH-）a．若c（Cr3+）=bmol/L，溶液中c（OH-）=$\root{3}{\frac{Ksp}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{a}{b}}$，c（H+）=$\frac{1{0}^{-14}}{\root{3}{\frac{a}{b}}}$，则溶液的pH=-lg$\frac{1{0}^{-14}}{\root{3}{\frac{a}{b}}}$=14+lg（$\frac{a}{b}$）$\frac{1}{3}$，
故答案为：14+lg（$\frac{a}{b}$）$\frac{1}{3}$；

点评 本题考查了物质分离提纯、物质性质分析判断，考查角度很广，题目难度中等，注意溶液中得到溶质晶体的操作和溶液PH的计算．

练习册系列答案
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6．H2S在金属离子的鉴定分析、煤化工等领域都有重要应用．请回答：
Ⅰ、工业上一种制备H2S的方法是在催化剂、高温条件下，用天然气与SO2反应，同时生成两种能参与大气循环的氧化物．
（1）该反应的化学方程式为4SO2+3CH4═4H2S+3CO2+2H2O．
II．H2S可用于检测和沉淀金属阳离子．
（2）H2S的第一步电离方程式为H2S?H++HS-．
（3）己知：25℃时，Ksp（SnS）=1.0×10-25，Ksp（CdS）=8.0×10-27，该温度下，向浓度均为0.1mol•L-1的CdCl2和SnCl2的混合溶液中通人H2S，当Sn2+开始沉淀时，溶液中c（Cd2+）=8.0×10-3mol/L（溶液体积变化忽略不计）．
Ⅲ．H2S是煤化工原料气脱硫过程的重要中间体．反应原理为：
ⅰ．COS（g）+H2（g）?H2S（g）+CO（g）△H=+7kJ•mol-1；
ⅱ．CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-42kJ•mol-1；
（4）己知：断裂1mol分子中的化学键所需吸收的能量如下表所示．
分子COS（g）H2（g）CO（g）H2S（g）H2O（g）CO2（g）
能量/kJ•mol-1  1319442x678-9301606
表中x=1076．
（5）向10L容积不变的密闭容器中充入1mol COS（g）、1mol H2（g）和1mol H2O（g），进行上述两个反应．其他条件不变时，体系内CO的平衡体积分数与温度（T）的关系如图所示．

①随着温度升高，CO的平衡体积分数增大（填“增大”或“减小”），原因为反应I为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CO的平衡体积分数增大；反应II为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡体积分数也增大．
②T1℃时，测得平衡时体系中COS的物质的童为0.80mol．则该温度下，COS的平衡转化率为20%；反应i的平衡常数为0.044（保留两位有效数字）．
7．下列说法正确的是（　　）
A．将0.10 mol•L-1氨水加水稀释后，溶液中c（NH4+）•c（OH-）变大
B．为确定某酸H2A是强酸还是弱酸，可测NaHA溶液的pH．若pH＞7，则H2A是弱酸；若pH＜7，则H2A是强酸
C．将CH3COOH溶液加水稀释后，溶液中$\frac{c（C{H}_{3}COOH）}{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$变大
D．用0.200 0 mol•L-1NaOH标准溶液滴定HCl与CH3COOH的混合溶液（混合溶液中两种酸的浓度均为0.1 mol•L-1），至中性时，溶液中的酸未被完全中和
4．合成氨工业涉及固体燃料的气化，需要研究CO2与CO之间的转化．为了弄清其规律，让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：C（s）+CO2（g）?2CO（g）△H，测得压强、温度对CO、CO2的平衡组成的影响如图所示：
回答下列问题：
（1）p1、p2、p3的大小关系是p1＜p2＜p3，欲提高C与CO2反应中CO2的平衡转化率，应采取的措施为升高温度、降低压强．图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是Ka=Kb＜Kc．
（2）900℃、1.013 MPa时，1 mol CO2与足量碳反应达平衡后容器的体积为V，CO2的转化率为66.7%，该反应的平衡常数K=$\frac{16}{3V}$．
（3）将（2）中平衡体系温度降至640℃，压强降至0.1013 MPa，重新达到平衡后CO2的体积分数为50%．条件改变时，正反应和逆反应速率如何变化？正反应和逆反应速率均减小，二者之间有何关系？v（正）＜v（逆）．
（4）一定条件下，在CO2与足量碳反应所得平衡体系中加入H2和适当催化剂，有下列反应发生：CO（g）+3H2（g）?CH4（g）+H2O（g）△H1=-206.2kJ/mol
CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H2=-41.2kJ/mol
①则二氧化碳与氢气反应转化为甲烷和水蒸气的热化学方程式是CO2（g）+4H2（g）?CH4（g）+2H2O（g）△H=-165.0kJ/mol．
②已知298 K时相关化学键键能数据为：
化学键H-HO-HC-H
E/（kJ•mol-1）4364654131076
则根据键能计算，△H1=-198kJ/mol，它与上述实测值差异较大的原因可能是反应温度、压强不同，键能数据不准确．
11．合理应用和处理氮的化合物，在生产生活中有重要意义．
（1）氮和磷是同主族元素，下列能说明二者非金属性相对强弱的是ac（填编号）．
a．NH3比PH3稳定性强
b．常温下，氮气是气体，磷单质是固体
c．氮气与氢气化合比磷与氮气化合更容易
d．硝酸显强氧化性，磷酸不显强氧化性
（2）某温度下氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时，涉及如下反应：
i.2NO（g）+Cl2（g）?2ClNO（g）△H1＜0
ii.2NO2（g）+NaCl（s）?NaNO3（s）+ClNO（g）△H2＜0
现有反应4NO2（g）+2NaCl（s）?2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g），则反应热△H3=2△H2-△H1（用△H1、△H2表示）．
（3）下表是当反应器中按n（N2）：n（H2）=1：3投料后，在200℃、400℃、600℃下发生反应：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ/mol．达到平衡时，混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线．
①曲线a 对应的温度是200℃．
②图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K（M）=K（Q）＞K（N）．
③M点对应的H2转化率是75%．
（4）亚硝酸盐是食品添加剂中毒性较强的物质之一．在含Cu+的酶的活化中心中，亚硝酸根离子可转化为NO．写出Cu+和亚硝酸根（NO2-）离子在酸性水溶液中反应的离子方程式Cu++NO2-+2H+═Cu2++NO↑+H2O．
（5）工业制硫酸的尾气中含较多的SO2，为防止污染空气，回收利用SO2，工业上常用氨水吸收法处理尾气．用氨水SO2，当吸收液显中性时，溶液中离子浓度关系正确的是ab（填字母）．（已知：NH4HSO3溶液显酸性．）
a．c（NH4+）=2c（SO32-）+c（HSO3-）
b．c（NH4+）＞c（SO32-）＞c（H+）=c（OH-）
c．c（NH4+）=c（SO32-）+c（HSO3-）+c（H2SO3）
1．碳酸亚铁（FeCO3）是菱镁矿的主要成分，将FeCO3加热到200℃开始分解为FeO和CO2，若在空气中高温煅烧FeCO3生成Fe2O3．
I．已知25℃，101kPa时：
4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）△H=-1648kJ/mol
C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393kJ/mol
2FeCO3（s）=2Fe（s）+2C（s）+3O2（g）△H=+1480kJ/mol
（1）请写出FeCO3在空气中煅烧生成Fe2O3的热化学方程式4FeCO3（s）+O2（g）=2Fe2O3（s）+4CO2（g）△H=-260kJ/mol．
II．生成的FeO和Fe2O3在一定条件下被还原为金属铁．
（2）据报道一定条件下Fe2O3可被甲烷还原为“纳米级”的金属铁．其反应为：Fe2O3（s）+3CH4（g）=2Fe（s）+3CO（g）+6H2（g）△H＞0
①原子序数为26的铁元素位于元素周期表的第四周期．
②反应在5L的密闭容器中进行，2min后达到平衡，测得Fe2O3在反应中质量消耗4.8g．则该段时间内用H2表达的平均反应速率为0.018mol/（L•min）．
③将一定量的Fe2O3（s）和一定量的CH4（g）置于恒温恒压容器中，在一定条件下反应，能表明该反应达到平衡状态的是b、c、d．
a．CH4的转化率等于CO的产率
b．混合气体的平均相对分子质量不变
c．v正（CO）：v逆（H2）=1：2
d．固体的总质量不变
（3）FeO可用CO进行还原，已知：t℃时，FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO2（g），K=0.5，若在1L密闭容器中加入0.04molFeO（s），并通入xmolCO，t℃时反应达到平衡．此时FeO（s）的转化率为50%，则x=0.06．
III．Fe2O3还可用来制备FeCl3，FeCl3在水溶液中的水解分三步：
Fe3++H2O?Fe（OH）2++H+           K1
Fe（OH）2++H2O?Fe（OH）2+H+K2
Fe（OH）2++H2O?Fe （OH）3+H+  K3
（4）以上水解反应的平衡常效K1、K2、K3由大到小的顺序是K1＞K2＞K3．通过控制条件，以上水解产物聚合生成聚合物的离子方程式为：xFe3++yH2O=Fex（OH）y（3x-y）++yH+
欲使平衡正向移动可采用的方法是a、c、d（填字母）
a．加水稀释    b．加入少量NaCl固体     c．升温    d．加入少量Na2CO3固体．
8．下表中对于相关物质的分类全部正确的是（　　）
选项纯净物混合物碱性氧化物非电解质
A．液氧漂白粉Al2O3CO
B．生理盐水氢氧化铁胶体Na2O2乙醇
C．碱石灰盐酸K2OCl2
D．胆矾水玻璃CaOSO2
A．.AB．.BC．.CD．.D
5．能用离子方程式Ba2++2OH-+2H++SO42-═BaSO4↓+2H2O来表示的反应是（　　）
A．向硫酸溶液中加入氯化钡溶液
B．向硫酸溶液中加入氢氧化钡溶液
C．向氯化钡和氢氧化钠的混合溶液中加入足量硫酸溶液
D．向氢氧化钡溶液加入少量硫酸和盐酸的混合溶液
6．如图①为直流电源，②为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，③为电镀槽．接通电路后发现②上的d点显红色．为实现铁上镀锌，接通K后，使c、d两点短路．下列叙述不正确的是（　　）
A．a为直流电源的负极B．c极发生的反应为2H++2e-=H2↑
C．f电极为锌板D．e极发生还原反应

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