Question

4．工业上常用含少量SiO₂、Al₂O₃的铬铁矿（FeO•Cr₂O₃）冶炼铬，简要流程如图：

（1）完成下列化学方程式（在横线上填写物质的化学式及计量数）：
2FeO•Cr₂O₃+4Na₂CO₃+7NaNO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+Fe₂O₃+4CO₂↑+7NaNO₂．
（2）操作①包括过滤与洗涤，在实验室中进行洗涤沉淀的操作是向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，待液体流下，重复操作2～3次；
操作②可选用的装置（部分夹持装置略去）是D（填序号）．

（3）写出能够完成操作③的相关反应的化学方程式：2C₂O₃$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Cr+3O₂↑或2Al+C₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃
（4）化学需氧量（COD）可度量水遭受有机物污染的程度．在强酸并加热的条件下，用K₂Cr₂O₇作强氧化剂处理水样，并测定消耗的K₂Cr₂O₇的量，然后换算成相当于O₂的含量称为化学需氧量（以mg•L^-1计）．化学兴趣小组测定某水样的化学需氧量（COD）过程如下：
Ⅰ．取a mL水样置于锥形瓶中，加入10.00mL 0.250 0mol•L^-1的K₂Cr₂O₇溶液．
Ⅱ．…
Ⅲ．加指示剂，用c mol•L^-1的硫酸亚铁铵[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]溶液滴定，终点时消耗b mL（此步骤的目的是用Fe²⁺把多余的Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$转化为Cr³⁺）．
①Ⅰ中量取K₂Cr₂O₇溶液的仪器是酸式滴定管或移液管．
②计算该水样的化学需氧量时需用到下列关系：要除去1mol Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$需消耗6 mol Fe²⁺，1mol Cr₂O${\;}_{7}^{2-}$相当于1.5mol O₂．

Answer 1

分析 由制备流程结合电子得失守恒和元素守恒可知，高温下发生2FeO•Cr₂O₃+4Na₂CO₃+7NaNO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+Fe₂O₃+4CO₂↑+7NaNO₂，固体加水，SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃不溶于水，过滤得Na₂CrO₄溶液，Na₂CrO₄溶液中加入硫化钠，发生氧化还原反应得氢氧化铬沉淀和硫酸钠溶液，过滤得氢氧化铬固体，氢氧化铬固体灼烧得氧化铬，再利用铝热反或电解法冶炼可将氧化铬制得铬，据此答题．

解答 解：（1）根据反应前后元素的化合价变化可知，反应前铁元素的化合价从+2价升高到+3价，失去1个电子．Cr元素的化合价从+3价升高到+6价，失去3个电子．而O、Na、C的化合价均没有变化，所以根据电子的得失守恒可知，氮元素的化合价一定降低．由于铁元素共失去2个电子，Cr元素共失去12个电子．因此7个氮原子得到14个电子，则氮元素的化合价从+5价降低到+3价，所以还原产物是NaNO₂，反应的离子方程式为2FeO•Cr₂O₃+4Na₂CO₃+7NaNO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+Fe₂O₃+4CO₂↑+7NaNO₂，
故答案为：7NaNO₂；
（2）过滤后的沉淀洗涤是在过滤器中完成的，所以在实验室中进行洗涤沉淀的操作是向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，待液体流下，重复操作2～3次；操作②是Cr（OH）₃分解生成Cr₂O₃，固体加热分解在坩埚中进行．A是蒸发，B是分液，C是过滤，因此答案选D，
故答案为：向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，待液体流下，重复操作2～3次；  D；
 （3）Cr元素是高熔点金属，可以通过铝热反应或电解法冶炼，反应的方程式分别为2C₂O₃$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Cr+3O₂↑或2Al+C₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃，
故答案为：2C₂O₃$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Cr+3O₂↑或2Al+C₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃；
（4）①K₂Cr₂O₇溶液显酸性且具有强氧化性，因此需要用酸式滴定管或移液管量取，
故答案为：酸式滴定管或移液管；
②K₂Cr₂O₇在氧化还原反应中Cr元素的化合价从+6价降低到+3价，得到3个电子．而亚铁离子中铁元素的化合价从+2价升高到+3价，失去3个电子．因此根据电子得失守恒可知，去1molCr₂O₇^2-需消耗6molFe²⁺．由于1mol氧气做氧化剂得到4mol电子，所以molCr₂O₇^2-相当于1.5molO₂，
故答案为：6；1.5．

点评 本题以物质的制备流程考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，涉及流程分析、混合物分离提纯等，把握流程分析及发生的反应为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，综合性较强，题目难度中等．