Question

6．鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質(zhì)，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+7O₂$\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；③Cr₂O₇^2-+H₂O═2CrO₄^2-+2H⁺．根據(jù)題意回答下列問題：
（1）固體X中主要含有Fe₂O₃、MgO（填寫化學(xué)式）；要檢測酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，應(yīng)該使用pH計(jì)或精密pH試紙（填寫儀器或試劑名稱）．
（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、過濾、洗滌、干燥．
（4）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．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�。�．

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）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中氫氧化鋁含量是稱取n g樣品，加入過量NaOH溶液（填寫試劑）、溶解、過濾、再通入過量二氧化碳（填寫試劑）、…灼燒、冷卻、稱量，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$\frac{26m}{17n}$（用含m、n的代數(shù)式表示）．
（6）六價鉻有毒，而Cr³⁺相對安全．工業(yè)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(shí)驗(yàn)室中模擬這一過程的裝置如圖：CO由甲酸脫水制得；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時熄滅酒精燈的順序是III、I、IV．

Answer 1

分析 鉻鐵礦通過焙燒，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試紙只能測定溶液PH的整數(shù)，測定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）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；
（6）用CO還原CrO₃制取Cr，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，為防止金屬被氧化，在停止III加熱時，繼續(xù)通入CO，一氧化碳有毒，所以尾氣處理時酒精燈應(yīng)最后熄滅，據(jù)此解答；

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℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；
③Cr₂CO₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺
操作Ⅰ是過濾得到固體X為Fe₂O₃、MgO；要檢測酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，普通pH試紙只能測定溶液pH到整數(shù)，是近似測定，準(zhǔn)確測定需要用pH計(jì)或精確pH試紙，
故答案為：Fe₂O₃、MgO；pH計(jì)或精密pH試紙；
（2）酸化步驟用醋酸調(diào)節(jié)溶液pH＜5，依據(jù)流程圖中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和制備目的可知，結(jié)合反應(yīng)平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氫離子濃度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，
故答案為：使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-；
（3）操作Ⅲ有多步組成，獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到晶體，
故答案為：冷卻結(jié)晶；洗滌；
（4）依據(jù)圖表物質(zhì)的溶解度分析對比，操作Ⅲ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl；說明K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇�。ɑ蛩姆N物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�，
故答案為：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇�。ɑ蛩姆N物質(zhì)中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�；
（5）副產(chǎn)品Y主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質(zhì)，精確分析Y中氫氧化鋁含量的方法是先利用氫氧化鋁的兩性，用氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁過濾得到濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，灼燒干燥得到氧化鋁干燥固體m g，依據(jù)鋁元素守恒計(jì)算，樣品中氫氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{mg}{156g/mol}×2×78g/mol}{ng}$=$\frac{26m}{17n}$，
故答案為：NaOH溶液；通入過量二氧化碳；$\frac{26m}{17n}$；
（6）Ⅰ為制備CO裝置，用CO還原CrO₃制取Cr，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，為防止金屬被氧化，在停止III加熱時，應(yīng)繼續(xù)加熱I，一氧化碳有毒，所以尾氣處理時酒精燈應(yīng)最后熄滅，所以結(jié)束時正確的熄燈順序?yàn)椋篒II、I、IV，
故答案為：III、I、IV．

點(diǎn)評 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，操作步驟的注意問題和基本操作方法是解題關(guān)鍵，題目難度中等．