Question

重鉻酸鹽廣泛用作氧化劑、皮革制作等．以鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為原料制取重鉻酸鈉的流程如下：

請回答下列問題：
（1）寫出Cr₂O₃與純堿在高溫焙燒時反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

；
（2）Na₂Cr₂O₇可用于測定廢水的化學(xué)耗氧量（即COD，指每升水樣中還原性物質(zhì)被氧化所需要O₂的質(zhì)量）．現(xiàn)有某水樣100.00mL，酸化后加入C₁ mol/L的Na₂Cr₂O₇溶液 V₁ mL，使水中的還原性物質(zhì)完全被氧化（Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺）；再用C₂mol/L的FeSO₄溶液滴定剩余的Cr₂O₇^2-，結(jié)果消耗FeSO₄溶液V₂mL．
①該水樣的COD為

 

mg/L；
②假設(shè)上述反應(yīng)后所得溶液中Fe³⁺和Cr³⁺的物質(zhì)的量濃度均為0.1mol/L，要使Fe³⁺沉淀完全而Cr³⁺還未開始沉淀．則需調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是

 

．
（可能用到的數(shù)據(jù)：K_SPFe（OH）₃=4.0×10^-38，K_SPCr（OH）₃=6.0×10^-31，lg

3	0.4

=-0.1lg

3	4

=0.2lg

3	6

=0.3lg

3	60

=0.6）
（3）在Na₂Cr₂0₇溶液中加入固體KC1進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)即可制得橙色的K₂Cr₂0₇．重鉻酸鹽在酸性溶液中是強(qiáng)氧化劑，在加熱時可氧化HBr和HC1，在這些反應(yīng)中，重鉻酸鹽的還原產(chǎn)物是綠色Cr³⁺的鹽，寫出重鉻酸鉀與濃鹽酸反應(yīng)的離子方程式：

 

．
  為驗證鹵素單質(zhì)氧化性的相對強(qiáng)弱，某化學(xué)興趣小組用如圖所示裝置進(jìn)行試驗（夾持儀器已略去，氣密性已檢驗）

實(shí)驗過程：
Ⅰ．打開彈簧夾，打開活塞a，滴加濃鹽酸．
Ⅱ．當(dāng)B和C中的溶液都變?yōu)槌壬珪r，夾緊彈簧夾．
Ⅲ．當(dāng)B中溶液橙色變深時，關(guān)閉活塞a．
Ⅳ．…
①驗證氯氣的氧化性強(qiáng)于碘的實(shí)驗現(xiàn)象是

 

．
②為驗證溴的氧化性強(qiáng)于碘，過程Ⅳ的操作和現(xiàn)象是

 

．
③過程Ⅲ實(shí)驗的目的是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量,性質(zhì)實(shí)驗方案的設(shè)計

專題：實(shí)驗設(shè)計題

分析：以鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為原料，加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應(yīng)生成鉻酸鈉，二氧化碳，水浸后過濾得到濾渣FeO，濾液為Na₂CrO₄，Na₂SiO₃，NaAlO₂；調(diào)節(jié)溶液PH沉淀硅酸跟離子和偏鋁酸根離子，過濾得到濾液Na₂CrO₄，加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過提純得到重鉻酸鈉，以此解答（1）（2）；
（3）重鉻酸鉀與濃鹽酸反應(yīng)生成Cr³⁺和氯氣，氯氣和氧化碘化鉀生成碘，淀粉試紙變藍(lán)色，氯氣和溴化鈉反應(yīng)生成溴，溴置換出碘，四氯化碳層呈紫色，氫氧化鈉可用于吸收尾氣，以此解答該題．

解答： 解：以鉻礦石（主要成分是Cr₂O₃，含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為原料，加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應(yīng)生成鉻酸鈉，二氧化碳，水浸后過濾得到濾渣FeO，濾液為Na₂CrO₄，Na₂SiO₃，NaAlO₂；調(diào)節(jié)溶液PH沉淀硅酸跟離子和偏鋁酸根離子，過濾得到濾液Na₂CrO₄，加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過提純得到重鉻酸鈉；
（1）由圖示可知Cr₂O₃在高溫焙燒時生成Na₂CrO₄，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂

高溫  .

4Na₂CrO₄+4CO₂，
故答案為：2Cr₂O₃+4Na₂CO₃+3O₂

高溫  .

4Na₂CrO₄+4CO₂；
（2）①現(xiàn)有某水樣100.00mL，酸化后加入c₁mol/L的Na₂Cr₂O₇溶液 V₁mL，使水中的還原性物質(zhì)完全被氧化（Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺）；再用4mol/L的FeSO₄溶液滴定剩余的Cr₂O₇^2-，結(jié)果消耗FeSO₄溶液V₂mL，廢水與K₂Cr₂O₇溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，再用Fe²⁺把多余的Cr₂O₇^2-反應(yīng)：
     Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
     1        6
     n       4mol/L×V₂×10^-3L
n=

2

3

V₂×10^-3mol
則100ml廢水中，與廢水反應(yīng)反應(yīng)的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量=加入的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量-與Fe²⁺反應(yīng)的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量=c₁mol/L×V₁×10^-3L-

2

3

V₂×10^-3mol，
1L廢水水樣中被還原的K₂Cr₂O₇的物質(zhì)的量=（c₁V₁-

2

3

V₂）×10^-2mol
利用2K₂Cr₂O₇～3O₂可求出廢水中化學(xué)耗氧量即COD，
                    2K₂Cr₂O₇～3O₂
                   2         3×32
     （c₁V₁-

2

3

V₂）×10^-2mol      m
m=（48c₁V₁-32V₂）×10^-2g=（480c₁V₁-320V₂）mg，該水樣的COD為（480c₁V₁-320V₂）mg/L，
故答案為：480C₁V₁-80C₂V₂；
②反應(yīng)后所得溶液中Fe³⁺和Cr³⁺的物質(zhì)的量濃度均為0.1mol/L，要使Fe³⁺沉 淀完全而Cr³⁺還未開始沉淀，需要c（Fe³⁺）=10^-5mol/l時鐵離子沉淀完全，由溶度積常數(shù)Ksp=c（Fe³⁺）c³（OH^-），c³（OH^-）=

4.0×10-38

1×10-5

=4.0×10^-33 ，c（OH^-）=

3	4

×10^-11mol/L，c（H⁺）=

10-14

3 4  ×10-11

=

10-14

100.2×10-11

=10^-3.2，
pH=-lgc（H⁺）=3.2；
Cr³⁺還未開始沉淀，c（Cr³⁺）=0.1mol/L，Ksp=c（Cr³⁺）c³（OH^-）=6.0×10^-31，c³（OH^-）=

6.0×10-31

0.1

=6.0×10^-30；c（OH^-）=

3	6

×10^-10mol/L，c（H⁺）=

10-14

3 6 ×10-10

=

10-14

100.3×10-10

=10^-4.3mol/L，pH=-lgc（H⁺）=4.3，
則要使Fe³⁺沉淀完全而Cr³⁺還未開始沉淀．則需調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是3.2～4.3，
故答案為：3.2～4.3之間；
（3）由題給信息可知重鉻酸鉀與濃鹽酸反應(yīng)生成Cr³⁺和氯氣，方程式為Cr₂0₇^2-+6Cl^-+14H⁺=2Cr³⁺+3Cl₂↑+7H₂0，
故答案為：Cr₂0₇^2-+6Cl^-+14H⁺=2Cr³⁺+3Cl₂↑+7H₂0；
①氯氣和氧化碘化鉀生成碘，淀粉試紙變藍(lán)色，故答案為：淀粉KI試紙變藍(lán)；
②b中生成溴，為驗證溴的氧化性強(qiáng)于碘，可打開活塞b，將少量C中溶液滴入D中，關(guān)閉活塞b，取下D震蕩．靜至后CCl₄層溶液變?yōu)樽霞t色，
故答案為：打開活塞b，將少量C中溶液滴入D中，關(guān)閉活塞b，取下D震蕩．靜至后CCl₄層溶液變?yōu)樽霞t色；
③當(dāng)B中溶液橙色變深時，關(guān)閉活塞a，不再產(chǎn)生氯氣，可防止氯氣過量，對溴置換碘實(shí)驗的干擾，
故答案為：確認(rèn)C的黃色溶液中無Cl₂，排除Cl₂對溴置換碘實(shí)驗的干擾．

點(diǎn)評：本題考查學(xué)生對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息能力、物質(zhì)推斷、化學(xué)用語、化學(xué)計算、氧化還原反應(yīng)等，綜合性較大，難度中等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識與綜合運(yùn)用知識、信息進(jìn)行解決問題的能力．