Question

16．铬铁矿是主要成分可表示为FeO•Cr₂O₃，还含有还含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等杂质，以下是以铬铁矿为原料制备重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）的工艺流程．

已知1：
①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂ $\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃ $\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；
③Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺
根据题意回答下列问题：
（1）操作I的名称是过滤．
（2）下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：Na₂Cr₂0₇+2KCl=K₂Cr₂0₇↓+2NaCl，该反应在溶液中能发生的理由是Na₂Cr₂0₇的溶解度比K₂Cr₂0₇大

物质		KCl	NaCl	K2Cr2O7	Na2Cr2O7
溶解度（g/100g水）	0℃	28	35.7	4.7	163
	40℃	40.1	36.4	26.3	215
	80℃	51.3	38	73	376

（3）操作Ⅲ有多步组成，获得K₂Cr₂0₇晶体的操作依次是：加入KC1固体、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（4）副产品Y主要含氢氧化铝，还含少量镁、铁的难溶化合物及可溶性杂质，精确分析Y中氢氧化铝含量的方法是：称取n g样品，加入过量NaOH溶液 （写试剂）、溶解、过滤、再通入足量CO₂气体…灼烧、冷却、称量，得干燥固体m g．计算样品中氢氧化铝的质量分数为$\frac{26n}{17m}$ （用含m、n的代数式表示）．
（5）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10mL 2mol/L H₂SO₄和足量碘化钾，放于暗处5min．然后加入100mL水，加入3mL 淀粉指示剂，用0.1000mol/LNa₂S₂0₃标准溶液滴定，若实验中共用去Na₂S₂0₃标准溶液47.40mL，则所得产品中重铬酸钾的纯度为92.9%．（保留3位有效数字）
已知：
①K₂Cr₂O₇的摩尔质量为294g/mol
②Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O；
I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-．

Answer 1

分析 铬铁矿通过焙烧，发生的反应有4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂ $\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑、Na₂CO₃+Al₂O₃ $\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑，所以得到的固体中含有Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂，然后加水溶解得固体Fe₂O₃、MgO和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，难溶性固体和溶液采用过滤方法分离，所以操作I是过滤，得到的X成分为Fe₂O₃、MgO，滤液中成分是Na₂CrO₄、NaAlO₂；
向滤液中加入醋酸并调节溶液的pH为7-8，使偏铝酸盐完全转化为Al（OH）₃沉淀，然后采用过滤方法除去氢氧化铝沉淀，所以操作II是过滤，得到的Y为Al（OH）₃，继续调节溶液的pH为小于5，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）分离难溶性固体和溶液采用过滤方法；
（2）溶解度大的物质能转化为溶解度小的物质；
（3）从溶液中获取晶体的方法是：加入KC1固体、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（4）氢氧化铝能溶于强碱溶液，向溶液中通入过量二氧化碳，能将偏铝酸盐转化为Al（OH）₃沉淀，灼烧氢氧化铝固体得到Al₂O₃，再根据Al原子守恒计算其含量；
（5）根据I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-中碘和硫代硫酸根离子之间关系式计算碘的物质的量，再根据Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O中碘和Cr₂O₇^2-之间的关系式计算Cr₂O₇^2-的量，从而计算其纯度．

解答 解：铬铁矿通过焙烧，发生的反应有4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂ $\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑、Na₂CO₃+Al₂O₃ $\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑，所以得到的固体中含有Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂，然后加水溶解得固体Fe₂O₃、MgO和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，难溶性固体和溶液采用过滤方法分离，所以操作I是过滤，得到的X成分为Fe₂O₃、MgO，滤液中成分是Na₂CrO₄、NaAlO₂；
向滤液中加入醋酸并调节溶液的pH为7-8，使偏铝酸盐完全转化为Al（OH）₃沉淀，然后采用过滤方法除去氢氧化铝沉淀，所以操作II是过滤，得到的Y为Al（OH）₃，继续调节溶液的pH为小于5，使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化钾，生成溶解度极小的K₂Cr₂O₇，
（1）分离难溶性固体和溶液采用过滤方法，通过以上分析知，操作I为过滤，故答案为：过滤；
（2）溶解度大的物质能转化为溶解度小的物质，根据表中数据知，四种物质中K₂Cr₂0₇的溶解度最小，Na₂Cr₂0₇的溶解度比K₂Cr₂0₇大，所以在溶液中能发生反应Na₂Cr₂0₇+2KCl=K₂Cr₂0₇↓+2NaCl，故答案为：Na₂Cr₂0₇的溶解度比K₂Cr₂0₇大；
（3）从溶液中获取晶体的方法是：加入KC1固体、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，故答案为：冷却结晶；洗涤；
（4）氢氧化铝能溶于强碱溶液，所以溶解氢氧化铝的试剂是NaOH溶液；
向溶液中通入过量二氧化碳，能将偏铝酸盐转化为Al（OH）₃沉淀，灼烧氢氧化铝固体得到Al₂O₃，n（Al₂O₃）=$\frac{ng}{102g/mol}$，根据Al原子守恒得n[Al（OH）₃]=2n（Al₂O₃）=$\frac{n}{51}$mol，则氢氧化铝质量分数=$\frac{\frac{n}{51}mol×78g/mol}{mg}$=$\frac{26n}{17m}$，
故答案为：NaOH溶液；CO₂；$\frac{26n}{17m}$；
（5）根据I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-中碘和硫代硫酸根离子之间关系式得n（I₂）=$\frac{0.1000mol/L×0.04740L}{2}×1$=0.00237mol，再根据Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O得n（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{3}$n（I₂）=$\frac{1}{3}$×0.00237mol=0.00079mol，250mL重铬酸钾中n（Cr₂O₇^2-）=0.0079mol，
m（K₂Cr₂O₇）=0.0079mol×294g/mol=2.3226g，
其纯度=$\frac{2.3226g}{2.5g}×100%$=92.9%，
故答案为：92.9%．

点评 本题考查物质的制备、物质含量的测定等知识点，为高考高频点，侧重考查基本操作、元素化合物知识、计算能力等，明确流程图中每一步发生的反应及操作方法，难点是（5）题计算，正确判断重铬酸钾和硫代硫酸根离子之间关系即可解答，题目难度中等．