Question

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

已知：①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；
③Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺
（1）固體X中主要含有Fe₂O₃、MgO（填寫(xiě)化學(xué)式）；要檢測(cè)酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，應(yīng)該使用pH計(jì)或精密pH試紙（填寫(xiě)儀器或試劑名稱(chēng)）．
（2）酸化步驟用醋酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5，其目的是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-．
（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(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥．
（4）右表是相關(guān)物質(zhì)的溶解度數(shù)據(jù)，操作Ⅲ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl→K₂Cr₂O₇↓+2NaCl．該反應(yīng)在溶液中能發(fā)生的理由是K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四種物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�．

物質(zhì)	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）酸性溶液中過(guò)氧化氫能使Cr₂O₇^2-生成藍(lán)色的過(guò)氧化鉻（CrO₅分子結(jié)構(gòu)為），該反應(yīng)可用來(lái)檢驗(yàn)Cr₂O₇^2-的存在．寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程4H₂O₂+Cr₂O₇^2-+2H⁺═2CrO₅+5H₂O．該反應(yīng)不屬于（填“屬于”或“不屬于”）氧化還原反應(yīng)．
（6）稱(chēng)取重鉻酸鉀試樣2.500g配成250mL溶液，取出25mL與碘量瓶中，加入10mL2mol/L  H₂SO₄和足量碘化鉀（鉻的還原產(chǎn)物為Cr³⁺），放于暗處5min．然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示劑，用0.1200mol/LNa₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）
①判斷達(dá)到滴定終點(diǎn)的依據(jù)是當(dāng)?shù)渭幼詈笠坏瘟虼�硫酸鈉溶液時(shí)，溶液藍(lán)色褪去，半分鐘內(nèi)不變色；
②若實(shí)驗(yàn)中共用去Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液40.00mL，則所得產(chǎn)品中重鉻酸鉀的純度為94.08%．（保留3位有效數(shù)字，K₂Cr₂O₇的摩爾質(zhì)量為294g/mol）．

Answer 1

分析 鉻鐵礦通過(guò)焙燒，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合體系，然后加水溶解得固體Fe₂O₃、MgO和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，再調(diào)節(jié)溶液的PH，使偏鋁酸鹽完全沉淀，繼續(xù)調(diào)節(jié)溶液的PH使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化鉀，生成溶解度極小的K₂Cr₂O₇，
（1）依據(jù)流程圖和題干反應(yīng)分析判斷固體X的成分；通常PH試紙只能測(cè)定溶液PH的整數(shù)，測(cè)定PH是小數(shù)的需要用精確試紙或pH計(jì)；
（2）結(jié)合流程圖和反應(yīng)過(guò)程中得到物質(zhì)分析，酸化步驟用醋酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5為了轉(zhuǎn)化CrO₄^2-離子為Cr₂O₇^2-；
（3）溶液中得到溶質(zhì)晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌步驟分析回答；
（4）依據(jù)物質(zhì)溶解度比較分析，反應(yīng)向溶解度曉得方向進(jìn)行；
（5）過(guò)氧化氫與K₂Cr₂O₇在酸性溶液中發(fā)生反應(yīng)生成CrO₅和水；根據(jù)過(guò)氧化鉻的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知存在過(guò)氧鍵、Cr-O鍵、Cr=O來(lái)分析判斷反應(yīng)中元素化合價(jià)的變化；
（6）根據(jù)反應(yīng)：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，碘單質(zhì)遇到淀粉時(shí)，溶液的藍(lán)色消失，據(jù)此來(lái)回答并計(jì)算純度．

解答 解：（1）鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質(zhì)，加入氧氣和碳酸鈉，發(fā)生反應(yīng)為
①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；
③Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，
操作Ⅰ是過(guò)濾得到固體X為Fe₂O₃、MgO；要檢測(cè)酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，普通pH試紙只能測(cè)定溶液pH到整數(shù)，是近似測(cè)定，準(zhǔn)確測(cè)定需要用pH計(jì)或精確pH試紙，
故答案為：Fe₂O₃、MgO；pH計(jì)或精密pH試紙；
（2）酸化步驟用醋酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5，依據(jù)流程圖中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和制備目的可知，結(jié)合反應(yīng)平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氫離子濃度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，
故答案為：使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-；
（3）操作Ⅲ有多步組成，獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到晶體，
故答案為：冷卻結(jié)晶，洗滌；
（4）依據(jù)圖表物質(zhì)的溶解度分析對(duì)比，操作Ⅲ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl；說(shuō)明K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇�。ɑ蛩姆N物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�，
故答案為：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇�。ɑ蛩姆N物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�；
（5）根據(jù)過(guò)氧化鉻的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知一個(gè)鉻與五個(gè)氧形成形成六個(gè)鉻氧極性共價(jià)鍵，共用電子對(duì)偏向都偏向氧，所以呈+6，結(jié)構(gòu)式中存在過(guò)氧鍵、Cr-O鍵、Cr=O，在4個(gè)Cr-O鍵中O為-1價(jià)，在Cr=O鍵中O為-2價(jià)，過(guò)氧化氫與K₂Cr₂O₇在酸性溶液中發(fā)生反應(yīng)生成CrO₅和水，離子反應(yīng)為4H₂O₂+Cr₂O₇^2-+2H⁺═2CrO₅+5H₂O，在該反應(yīng)中鉻元素的化合價(jià)不變，其它元素的化合價(jià)也不變，所以該反應(yīng)不屬于氧化還原反應(yīng)，
故答案為：4H₂O₂+Cr₂O₇^2-+2H⁺═2CrO₅+5H₂O；不屬于；
（6）①根據(jù)反應(yīng)：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，當(dāng)?shù)渭幼詈笠坏瘟虼�硫酸鈉溶液時(shí)，碘單質(zhì)恰好完全反應(yīng)，溶液藍(lán)色褪去，達(dá)到滴定終點(diǎn)，
故答案為：當(dāng)?shù)渭幼詈笠坏瘟虼�硫酸鈉溶液時(shí)，溶液藍(lán)色褪去，半分鐘內(nèi)不變色；
②由反應(yīng)Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O；I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-可得反應(yīng)的關(guān)系式為Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-，根據(jù)關(guān)系式計(jì)算．
Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-
1mol    3mol  6mol
n              0.1200×40×10^-3mol
則250ml含重鉻酸鉀的物質(zhì)的量為n=$\frac{0.1200×40×10{\;}^{-3}mol}{6}$×10，則所得產(chǎn)品中重鉻酸鉀純度為 $\frac{01200×40×10{\;}^{-3}×10×294}{6×2.5000}$×100%=94.08%，
故答案為：94.08%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備流程和方案的分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用，題干信息的分析理解，操作步驟的注意問(wèn)題和基本操作方法是解題關(guān)鍵，題目難度中等．