Question

鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO·Cr₂O₃，還含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質，以下是以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）的流程圖：

已知：①4FeO·Cr₂O₃+ 8Na₂CO₃+ 7O₂8Na₂CrO₄ + 2 Fe₂O₃ + 8CO₂↑；

②Na₂CO₃ + Al₂O₃2NaAlO₂ + CO₂↑；③ Cr₂O₇^2－+ H₂O2CrO₄^2－ + 2H⁺

根據題意回答下列問題：

（1）固體X中主要含有_________（填寫化學式）；要檢測酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，應該使用__________（填寫儀器或試劑名稱）。

（2）酸化步驟用醋酸調節溶液pH<5，其目的是_________________________________。

（3）操作Ⅲ有多步組成，獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發濃縮、       、過濾、_______、干燥。

（4）下表是相關物質的溶解度數據，操作Ⅲ發生反應的化學方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl → K₂Cr₂O₇↓+2NaCl。該反應在溶液中能發生的理由是_______________。

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

 

（5）副產品Y主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質，精確分析Y中氫氧化鋁含量是稱取n g樣品，加入過量______（填寫試劑）、溶解、過濾、再______（填寫試劑）、……灼燒、冷卻、稱量，得干燥固體m g 。計算樣品中氫氧化鋁的質量分數為_______（用含m、n的代數式表示）。

（6）六價鉻有毒，而Cr³⁺相對安全。工業含鉻（CrO₃）廢渣無害化處理的方法之一是干法解毒，用煤不完全燃燒生成的CO還原CrO₃。在實驗室中模擬這一過程的裝置如下：

CO由甲酸脫水制得；實驗結束時熄滅酒精燈的順序是_________________________。

 

Answer 1

【答案】

（1）Fe₂O₃、MgO。  pH計或精密pH試紙     （2）使CrO₄^2－轉化為Cr₂O₇^2－    

（3）冷卻結晶  洗滌

（4）K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）

（5） NaOH溶液   通入過量二氧化碳    (26m/17n)×100％。    （6）III、I、IV

【解析】

試題分析：（1）由框圖可知：碳酸鈉、鉻鐵礦和氧氣在750度時發生反應①4FeO·Cr₂O₃+ 8Na₂CO₃+ 7O₂8Na₂CrO₄ + 2 Fe₂O₃ + 8CO₂↑；②Na₂CO₃ + Al₂O₃2NaAlO₂ + CO₂↑；③ Cr₂O₇^2－+ H₂O2CrO₄^2－ + 2H⁺ 。而Fe₂O_3、MgO不能發生反應。用水浸取時Na₂CrO₄溶解在水中。難溶解于水的物質是Fe₂O₃、MgO。即固體X中主要含有Fe₂O₃、MgO；PH試紙只能粗略測定溶液的酸堿性。若要精確檢測酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，應該使用pH計或精密pH試紙。（2）用醋酸調節溶液pH<5為了其目的是使CrO₄^2－轉化為Cr₂O₇^2－。2CrO₄^2－+2H⁺=Cr₂O₇^2－+H₂O。（3）由表中各種物質在不同溫度下的溶解度可以看出：K₂Cr₂O₇比Na₂Cr₂O₇在相同溫度下的溶解度要小很多，而且受溫度的影響變化較大。所以獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥。（4）右表是相關物質的溶解度數據，操作Ⅲ發生反應的化學方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl → K₂Cr₂O₇↓+2NaCl。該反應在溶液中能發生的理由是K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小。（5）氫氧化鋁是兩性氫氧化物，既能與酸反應，也能與強堿發生反應，而少量鎂、鐵的難溶化合物能與酸反應。所以要精確分析Y中氫氧化鋁含量方法是稱取n g樣品，加入過量NaOH溶液這時發生反應：NaOH+Al (OH)₃=NaAlO₂+2H₂O.轉化為可溶性物質進入溶液。經溶解、過濾、再通入過量二氧化碳發生反應：NaAlO₂+2H₂O+CO₂= NaHCO₃+ Al (OH)₃↓.將沉淀過濾、洗滌、干燥、灼燒發生反應：2Al (OH)₃Al₂O₃+3H₂O.冷卻、稱量，得干燥固體m g為Al₂O₃的質量。由方程式科看出156份Al (OH)₃制得102份Al₂O₃。所以樣品中Al (OH)₃的質量分數為： (156m÷102) ÷n×100％=(26m/17n)×100％.（6）由甲酸脫水制得CO,由于CO是有可燃性的有毒的氣體，所以尾氣實驗結束時必須通過點燃處理掉。為防止反應產生的Cr3+再次被空氣中的氧氣氧化。所以產物要在CO的還原性環境中冷卻。故最后熄滅酒精燈的順序是III、I、IV。

考點：考查以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）過程中涉及的反應原理、實驗操作及有關計算等知識。