题目内容

16.重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO•Cr2O3,还含有硅、铝等杂质.制备流程如图所示:

回答下列问题:
(1)步骤①的主要反应为:FeO•Cr2O3+Na2CO3+NaNO3$\stackrel{高温}{→}$ Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2
上述反应配平后FeO•Cr2O3与NaNO3的系数比为2:7.该步骤不能使用陶瓷容器,原因是二氧化硅与碳酸钠高温下反应生成硅酸钠和二氧化碳.
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是Fe,滤渣2的主要成分是Al(OH)3及含硅杂质.
(3)步骤④调滤液2的pH使之变小(填“大”或“小”),原因是2CrO42-+2H+?Cr2O72-+H2O(用离子方程式表示).
(4)有关物质的溶解度如图所示.向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体.冷却到d(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多.

a.80℃b.60℃c.40℃d.10℃
步骤⑤的反应类型是复分解反应.
(5)某工厂用m1 kg 铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品 m2 kg,产率为$\frac{{m}_{2}}{\frac{{m}_{1}×40%}{152g/mol}×294g/mol}$×100%.

分析 铬铁矿的主要成分为FeO•Cr2O3,还含有硅、铝等杂质,制备重铬酸钾,由制备流程可知,步骤①的主要反应为FeO•Cr2O3+Na2CO3+NaNO3 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2,Cr元素的化合价由+3价升高为+6价,Fe元素的化合价由+2价升高为+3价,N元素的化合价由+5价降低为+3价,由电子、原子守恒可知,反应为2FeO•Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO3$\stackrel{高温}{→}$ 4Na2CrO4+Fe2O3+4CO2+7NaNO2,该步骤中若使用陶瓷,二氧化硅与碳酸钠高温下反应生成硅酸钠和二氧化碳,则使用铁坩埚,熔块水浸过滤分离出滤渣1含Fe2O3,滤液1中含NaAlO2、Na2CrO4,调节pH过滤分离出Al(OH)3、Si,滤液2中含Na2CrO4,④中调节pH发生2CrO42-+2H+?Cr2O72-+H2O,滤液3含Na2Cr2O7,由水中的溶解度:Na2Cr2O7>K2Cr2O7,可知⑤中向Na2Cr2O7溶液中加入KCl固体后得到K2Cr2O7,溶解度小的析出,以此来解答.

解答 解:(1)由上述分析可知步骤①的主要反应为2FeO•Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 4Na2CrO4+Fe2O3+4CO2+7NaNO2,则FeO•Cr2O3与NaNO3的系数比为2:7,该步骤不能使用陶瓷容器,原因是二氧化硅与碳酸钠高温下反应生成硅酸钠和二氧化碳,
故答案为:2:7;二氧化硅与碳酸钠高温下反应生成硅酸钠和二氧化碳;
(2)由上述分析可知,滤渣1含Fe2O3,滤渣1中含量最多的金属元素是Fe,滤渣2的主要成分是Al(OH)3及含硅杂质,
故答案为:Fe;Al(OH)3;
(3)④中调节pH发生2CrO42-+2H+?Cr2O72-+H2O,则步骤④调滤液2的pH使之变小,增大氢离子浓度,平衡正向移动,利于生成Cr2O72-,
故答案为:小;2CrO42-+2H+?Cr2O72-+H2O;
(4)向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体,由溶解度可知,冷却到40℃K2Cr2O7固体的溶解度在四种物质中较小、且溶解度较大,过滤分离产品最多,10℃时最合适;步骤⑤发生Na2Cr2O7+2KCl=K2Cr2O7↓+2NaCl,反应类型是复分解反应,
故答案为:d;复分解反应;
(5)用m1 kg 铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品 m2 kg,产率为$\frac{实际产量}{理论产量}$,由Cr原子守恒可知,则产率为$\frac{{m}_{2}}{\frac{{m}_{1}×40%}{152g/mol}×294g/mol}$×100%,
故答案为:$\frac{{m}_{2}}{\frac{{m}_{1}×40%}{152g/mol}×294g/mol}$×100%.

点评 本题考查物质的制备实验,为高频考点,把握流程中发生的反应、混合物分离提纯、发生的反应为解答的关键,侧重分析与实验能力的考查,注意元素化合物知识与实验的结合,题目难度不大.

练习册系列答案
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(1)工业生产纯碱的第一步是除去饱和食盐水的中Mg2+、Ca2+离子,从成本角度考虑加入试剂的化学式为Ca(OH)2、Na2CO3.
某实验小组的同学模拟侯德榜制碱法制取纯碱,流程如图1:
已知:几种盐的溶解度
NaClNH4HCO3NaHCO3NH4Cl
溶解度(20°C,100gH2O时)36.021.79.637.2
(2)①写出装置I中反应的化学方程式NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3+NH4Cl.
②从平衡移动角度解释该反应发生的原因在溶液中存在下述两种平衡NH3+H2O?NH3•H2O?NH4++OH-,CO2+H2O?H2CO3?H++HCO3-,OH-与H+结合生成水,促进两平衡正向移动,使溶液中的NH4+和HCO3-浓度均增大,由于NaHCO3溶解度小,因此HCO3-与Na+结合生成NaHCO3,固体析出使得反应发生.
③操作①的名称是过滤.
(3)写出装置II中发生反应的化学方程式2NaHCO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na2CO3+H2O+CO2↑.
(4)请结合化学用语说明装置III中加入磨细的食盐粉及NH3的作用.在母液中含有大量的NH4+和Cl-,存在平衡NH4Cl(s)?NH4++Cl-,通入氨气增大NH4+的浓度,加入磨细的食盐粉,增大Cl-的浓度,使上述平衡逆向移动,促使氯化铵结晶析出
(5)该流程中可循环利用的物质是氯化钠和二氧化碳
(6)制出的纯碱中含有杂质NaCl,为测定其纯度,下列方案中不可行的是c.
a.向m克纯碱样品中加入足量CaCl2溶液,测生成CaCO3的质量
b.向m克纯碱样品中加入足量稀H2SO4,干燥后测生成气体的体积
c.向m克纯碱样品中加入足量AgNO3溶液,测生成沉淀的质量.

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