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).
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.

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