Question

11．某Cr₂O₃样品中含有少量Al₂O₃、MgO等杂质．实验室以此样品为主要原料制取重铭酸钾（K₂Cr₂O₇）的流程如下：

已知：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．
（1）上述氧化过程中，若将1mol Cr₂O₃转化成Na₂CrO₄，消耗氧气的体积（标准状况）是33.6L．
（2）酸化1中为确保溶液中Al³⁺、AlO₂^-浓度均不超过10^-6 mol•L^-1，需调节溶液pH值的范围是5～8．
已知：Al（OH）₃（s）?H⁺+AlO₂^-+H₂O的K=1×10^-14；K_ap[Al（OH）₃]=1×10^-33
（3）酸化2后所得溶液加入KCl发生复分解反应，该反应能发生的原因是K₂Cr₂O₇ 溶解度小于Na₂Cr₂O₇．
（4）称取重铬酸钾试样2.40g配成250mL溶液，取出25.00mL于碘量瓶中，加入稀硫酸和足量碘化钾（铬被还原为Cr³⁺）并放于暗处6min左右，然后加入适量水和数滴淀粉指示剂，用0.24mol•L^-1Na²S₂O₃标准溶液滴定至终点（发生反应：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，杂质不参与反应），共用去Na₂S₂O₃标准溶液20.00mL．求所得产品中重铬酸钾的质量分数（写出计算过程）．

Answer 1

分析 流程分析可知，某Cr₂O₃样品中含有少量Al₂O₃、MgO等杂质，反应器中加入纯碱和氧气，将 Cr₂O₃转化成Na₂CrO₄，浸取过滤得到滤液调节溶液PH除去铝和镁离子，过滤得到Na₂CrO₄溶液，酸化后加入氯化钾浓缩过滤干燥得到重铬酸钾，
（1）若将1mol Cr₂O₃转化成Na₂CrO₄，消耗氧气的体积依据电子守恒计算；
（2）依据电离平衡常数和溶度积常数计算所需溶液的PH范围；
（3）操作中加入KCl的原因温度对氯化钠的溶解度影响小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大；
（4）依据反应过程得到反应的关系式K₂Cr₂O₇～3I₂～6Na₂S₂O₃计算产品中重铬酸钾的质量分数．

解答 解：流程分析可知，某Cr₂O₃样品中含有少量Al₂O₃、MgO等杂质，反应器中加入纯碱和氧气，将 Cr₂O₃转化成Na₂CrO₄，浸取过滤得到滤液调节溶液PH除去铝和镁离子，过滤得到Na₂CrO₄溶液，酸化后加入氯化钾浓缩过滤干燥得到重铬酸钾，
（1）若将1mol Cr₂O₃转化成Na₂CrO₄，Cr₂O₃～2Na₂CrO₄～6e^-，O₂～4e^-，
得到2Cr₂O₃～3O₂～12e^-，
    2       3
    1mol    1.5mol
消耗标准状况下氧气的体积=1.5mol×22.4L/mol=33.6L，
故答案为：33.6；
（2）依据电离平衡常数和溶度积常数计算所需溶液的PH范围，
Al（OH）₃（s）?H⁺+AlO₂^-+H₂O的K=c（AlO₂^-）×c（H⁺）=1×10^-14，c（H⁺）=10^-8mol/L，溶液PH=8，
K_ap[Al（OH）₃]=c（Al³⁺）×c³（OH^-）=1×10^-33 ，c（OH^-）=10^-9mol/L，c（H⁺）=10^-5mol/L，溶液PH=5，
酸化1中为确保溶液中Al³⁺、AlO₂^-浓度均不超过10^-6 mol•L^-1，需调节溶液pH值的范围是5～8，
故答案为：5～8；
（3）操作中加入KCl的原因温度对氯化钠的溶解度影响小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大，K₂Cr₂O₇ 溶解度小于Na₂Cr₂O，利用复分解反应，可得到重铬酸钾；
故答案为：K₂Cr₂O₇ 溶解度小于Na₂Cr₂O₇；
（4）称取重铬酸钾试样2.40g配成250mL溶液，取出25.00mL于碘量瓶中，加入稀硫酸和足量碘化钾（铬被还原为Cr³⁺）并放于暗处6min左右，反应为Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O，然后加入适量水和数滴淀粉指示剂，用0.24mol•L^-1Na²S₂O₃标准溶液滴定至终点（发生反应：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，杂质不参与反应），共用去Na₂S₂O₃标准溶液20.00mL，
依据反应的定量关系为：
        K₂Cr₂O₇～3I₂～6Na₂S₂O₃
         1             6
0.24mol•L^-1 ×0.020L     n
n=0.0008mol，
称取重铬酸钾试样2.40g配成250mL溶液中重铬酸钾质量，
m（K₂Cr₂O₇）=0.0008mol×294g/mol×$\frac{250}{25}$=2.352g，
产品中重铬酸钾的质量分数=$\frac{2.352g}{2.40g}$×100%=98.0%，
答：产品中重铬酸钾的质量分数=$\frac{2.352g}{2.40g}$×100%=98.0%．

点评 本题考查较为综合，涉及氧化还原反应、溶解平衡以及滴定操作等问题，题目难度中等，本题注意从质量守恒的角度利用关系式法计算．