Question

3．K₂Cr₂O₇在皮革工業(yè)中有重要的用途，同時(shí)也是產(chǎn)生污染的重要原因．鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質(zhì)，圖1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⁺
根據(jù)題意回答下列問(wèn)題：
（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）酸化步驟中用醋酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5，其目的是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-．
（3）如表是相關(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．

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

該反應(yīng)在溶液中能發(fā)生的理由是K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇�。ɑ蛩姆N物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�．
（4）副產(chǎn)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(zhì)，精確分析Y中氫氧化鋁含量的方法是稱(chēng)取ng樣品，加入過(guò)量NaOH溶液（填寫(xiě)試劑）、溶解、過(guò)濾、再通入過(guò)量二氧化碳（填寫(xiě)試劑）、…灼燒、冷卻、稱(chēng)量，得干燥固體m g．計(jì)算樣品中氫氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{m}{n}$（用含m、n的代數(shù)式表示）．
（5）用電解法除去含Cr₂O₇^2-的酸性廢水方法是：用Fe做電極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著解進(jìn)行，在陰極附近溶液pH升高，產(chǎn)生Cr（OH）₃沉淀．用Fe做電極的原因?yàn)椋ńY(jié)合電極反應(yīng)解釋?zhuān)�下同）�?yáng)極反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺，提供還原劑Fe²⁺，在陰極附近溶液pH升高的原因是2H⁺+2e^-=H₂↑，氫離子放電使OH^-濃度增大．

Answer 1

分析 鉻鐵礦通過(guò)焙燒，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合體系，然后水浸、過(guò)濾得固體X為Fe₂O₃、MgO的混合物和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，再調(diào)節(jié)溶液的PH，使偏鋁酸鹽完全沉淀，經(jīng)過(guò)濾得固體Y為Al（OH）₃，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，采用過(guò)濾方法得到K₂Cr₂O₇晶體，
（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）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；
（4）利用氫氧化鋁是兩性氫氧化物和強(qiáng)堿反應(yīng)溶解，少量鎂、鐵的難溶化合物不溶解；分離提取溶液中的偏鋁酸鈉可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)室制取氫氧化鋁沉淀的方法進(jìn)行，通入二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀；灼燒后得到氧化鋁，依據(jù)元素守恒計(jì)算得到；
（5）陽(yáng)極是活性電極時(shí)，陽(yáng)極本身失電子，生成陽(yáng)離子；溶液PH升高的原因是溶液中氫離子濃度減少，即氫離子在陰極得電子，PH升高，氫氧根離子濃度增大，離子濃度冪的乘積大于溶度積，所以金屬陽(yáng)離子會(huì)生成氫氧化物沉淀；

解答 解：鉻鐵礦通過(guò)焙燒，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合體系，然后水浸、過(guò)濾得固體X為Fe₂O₃、MgO的混合物和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，再調(diào)節(jié)溶液的PH，使偏鋁酸鹽完全沉淀，經(jīng)過(guò)濾得固體Y為Al（OH）₃，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，采用過(guò)濾方法得到K₂Cr₂O₇晶體，
（1）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）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的溶解度最小），
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�。�；
（4）副產(chǎn)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(zhì)，精確分析Y中氫氧化鋁含量的方法是先利用氫氧化鋁的兩性，用氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁過(guò)濾得到濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，灼燒干燥得到氧化鋁干燥固體m g，依據(jù)鋁元素守恒計(jì)算，樣品中氫氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{mg}{156g/mol}×2×78g/mol}{ng}$=$\frac{m}{n}$，
故答案為：NaOH溶液；通入過(guò)量二氧化碳；$\frac{m}{n}$；
（5）在電解法除鉻中，鐵作陽(yáng)極，陽(yáng)極反應(yīng)為Fe-2e^-═Fe²⁺，以提供還原劑Fe²⁺，在陰極附近溶液pH升高的原因是水電離產(chǎn)生的H⁺放電生成H₂：2H⁺+2e^-═H₂↑，氫離子放電使OH^-濃度增大，
故答案為：陽(yáng)極反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺，提供還原劑Fe²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑，氫離子放電使OH^-濃度增大．

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．