Question

17．铬铁矿的主要成分可表示为FeO•Cr₂O₃，还含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等杂质．以铬铁矿为原料制备重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）、重铬酸钠（Na₂Cr₂O₇）的过程如下图所示．

已知：①NaFeO₂遇水强烈水解：NaFeO₂+2H₂O═NaOH+Fe（OH）₃↓；
②Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺．
请回答：
（1）“焙烧”后的固体产物成分除Na₂CrO₄、NaFeO₂外，还有NaAlO₂、Na₂SiO₃（填化学式）
等．写出“焙烧”过程中所发生的氧化还原反应的化学方程式4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂．
（2）“焙烧”过程中，所产生X气体的电子式为．
（3）“水浸”步骤中，为了提高浸出率，可采取的措施有（请写出两条）：加热、搅拌、研磨或延长浸出时间等；
（4）滤渣1的主要成分是Fe（OH）₃．若要进一步分离滤渣2 中的可酸溶成分，请写出酸溶时发生反应的离子方程式Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+H₂O．
（5）含Na₂Cr₂O₇的“混合溶液”经过蒸发并冷却至30～40℃得到的Na₂Cr₂O₇晶体还要进行重结晶，其目的是进一步减少晶体中杂质Na₂SO₄（填化学式）的含量．
（6）操作Ⅲ由多步组成，向含Na₂Cr₂O₇的母液中加入KCl固体，最终获得K₂Cr₂O₇晶体的操作依次是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、75%乙醇水溶液洗涤、干燥．

Answer 1

分析 铬铁矿的主要成分可表示为FeO•Cr₂O₃，还含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等杂质，将铬铁矿和碳酸钠、氧气混合焙烧，发生反应4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂、Na₂CO₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、Na₂CO₃+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑，根据方程式知，生成的气体X是二氧化碳；
然后水浸时发生NaFeO₂+2H₂O=NaOH+Fe（OH）₃↓，过滤得到滤渣1和滤液1，根据信息①知，滤液1中主要是NaAlO₂、Na₂SiO₃、Na₂CrO₄、NaOH，滤渣1为Fe（OH）₃；将滤液1通入X气体，CO₂与NaAlO₂、Na₂SiO₃反应生成H₂SiO₃、Al（OH）₃，滤渣2是H₂SiO₃、Al （OH）₃，滤液2主要是Na₂CrO₄，加入硫酸酸化，溶质变为Na₂Cr₂O₇，将混合溶液蒸发浓缩、冷却结晶得到Na₂Cr₂O₇晶体，将晶体溶于母液，然后加入KCl固体，因为Na₂Cr₂O₇的溶解度大于K₂Cr₂O₇，所以得到K₂Cr₂O₇晶体，采用过滤方法得到K₂Cr₂O₇晶体，
（1）根据发生的反应确定固体产物成分；FeO•Cr₂O₃和氧气发生氧化还原反应；
（2）通过以上分析知，X是二氧化碳，二氧化碳是共价化合物，每个O原子和C原子形成2对共用电子对；
（3）增大反应速率的方法有：升高温度、增大反应物接触面积等；
（4）结合题给信息确定滤渣成分；氢氧化铝易溶于强酸、强碱溶液；
（5）得到的溶液中溶质还有硫酸钠；
（6）从溶液中获取溶质，需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．

解答 解：铬铁矿的主要成分可表示为FeO•Cr₂O₃，还含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等杂质，将铬铁矿和碳酸钠、氧气混合焙烧，发生反应4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂、Na₂CO₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、Na₂CO₃+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑，根据方程式知，生成的气体X是二氧化碳；
然后水浸时发生NaFeO₂+2H₂O=NaOH+Fe（OH）₃↓，过滤得到滤渣1和滤液1，根据信息①知，滤液1中主要是NaAlO₂、Na₂SiO₃、Na₂CrO₄、NaOH，滤渣1为Fe（OH）₃；将滤液1通入X气体，CO₂与NaAlO₂、Na₂SiO₃反应生成H₂SiO₃、Al（OH）₃，滤渣2是H₂SiO₃、Al （OH）₃，滤液2主要是Na₂CrO₄，加入硫酸酸化，溶质变为Na₂Cr₂O₇，将混合溶液蒸发浓缩、冷却结晶得到Na₂Cr₂O₇晶体，将晶体溶于母液，然后加入KCl固体，因为Na₂Cr₂O₇的溶解度大于K₂Cr₂O₇，所以得到K₂Cr₂O₇晶体，采用过滤方法得到K₂Cr₂O₇晶体，
（1）通过以上分析知，“焙烧”后的固体产物成分除Na₂CrO₄、NaFeO₂外，还有NaAlO₂、Na₂SiO₃；焙烧过程中发生的氧化还原反应为4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂，
故答案为：NaAlO₂、Na₂SiO₃；4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂；
（2）通过以上分析知，生成的气体是二氧化碳，其电子式为，故答案为：；
（3）“水浸”步骤中，为了提高浸出率，可采取的措施有加热、搅拌、研磨或延长浸出时间等，
故答案为：加热、搅拌、研磨或延长浸出时间等；
（4）通过以上分析知，滤渣1的主要成分是Fe（OH）₃；滤渣2是H₂SiO₃、Al （OH）₃，酸溶时发生反应的离子方程式为：Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+H₂O，
故答案为：Fe（OH）₃ ；Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+H₂O；
（5）含Na₂Cr₂O₇的“混合溶液”经过蒸发并冷却至30～40℃得到的Na₂Cr₂O₇晶体还要进行重结晶，其目的是进一步减少晶体中杂质Na₂SO₄的含量，
故答案为：Na₂SO₄；
（6）从溶液中获取晶体的方法是蒸发浓缩、冷却结晶，故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶．

点评 本题考查物质的制备实验及混合物的分离和提纯，为高频考点，把握流程图中每一步发生的反应及操作方法是解本题关键，注意结合题给信息解答，侧重分析与实验能力的考查，题目难度中等．