Question

【題目】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：①Na2CO3＋Al2O32NaAlO2＋CO2↑；

②Cr2O72-＋H2O2CrO42-＋2H＋。

根據題意回答下列問題：

(1)“焙燒”時FeO·Cr2O3轉化為Na2CrO4和Fe2O3，寫出“焙燒”時反應的化學方程式：_____________。

(2)①要檢測“酸化”操作中溶液的pH是否等于4.5，應該使用______(填字母代號)。

a．廣泛pH試紙　

b．甲基橙

c．pH計

d．精密pH試紙

②“酸化”步驟用醋酸調節溶液pH＜5，其目的是_____________。

(3)“操作Ⅲ”由多步組成，獲得K2Cr2O7晶體的操作依次是：加入KCl固體、_____________、_____________、過濾、洗滌、干燥。

(4)相關物質的溶解度數據如下表所示。“操作Ⅲ”中發生反應的化學方程式為Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7↓＋2NaCl。該反應在溶液中能發生的理由是_____________。

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

(5)稱取重鉻酸鉀試樣5.000 g配成500 mL溶液，取出50.00 mL于碘量瓶中，加入20 mL 2 mol/L H2SO4溶液和足量碘化鉀，放于暗處5 min。然后加入100 mL水，加入3mL__________(填試劑名稱)作指示劑，用0.100 0 mol/L Na2S2O3標準溶液進行滴定，若實驗中共用去Na2S2O3標準溶液48.00 mL，則所得產品中重鉻酸鉀的純度為___________(保留3位有效數字)。(已知：Cr2O72-＋6I－＋14H＋===2Cr3＋＋3I2＋7H2O；I2＋2S2O32-===2I－＋S4O62-)

Answer 1

【答案】4FeO·Cr2O3＋8Na2CO3＋7O28Na2CrO4＋2Fe2O3＋8CO2 cd 使CrO42-轉化為Cr2O72- 蒸發濃縮 冷卻結晶 相同溫度下K2Cr2O7的溶解度比Na2Cr2O7的小(或較低溫度下，四種物質中K2Cr2O7的溶解度最小) 淀粉溶液 47.0%

【解析】

鉻鐵礦與碳酸鈉混合通過焙燒，得到Na2CrO4、Fe2O3、MgO和NaAlO2的混合體系，然后加水溶解得到固體Fe2O3、MgO和Na2CrO4、NaAlO2溶液，再調節溶液的pH，使偏鋁酸鹽完全沉淀，繼續調節溶液的pH使CrO42-轉化為Cr2O72-，最后向所得溶液中加入氯化鉀，生成溶解度較小的K2Cr2O7。

（1）根據化合價升降法及元素守恒可配平化學方程式；

（2）①通常pH試紙只能測定溶液pH的整數，測定pH是小數的需要用精確試紙或pH計；

②結合流程圖和反應過程中得到物質分析，酸化步驟用醋酸調節溶液pH＜5為了轉化CrO42-離子為Cr2O72-；

（3）溶液中得到溶質晶體的方法是蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌步驟分析回答；

（4）依據物質溶解度比較分析，反應向溶解度小的方向進行；

（5）碘單質遇到淀粉變藍，反應的關系式為Cr2O72-～3I2～62S2O32-，由此計算即可。

（1）根據反應中各物質的元素化合價變化可知，鐵從＋2價變為＋3價，鉻從＋3價變為＋6價，氧從0價變為－2價，根據化合價升降法及元素守恒可配平化學方程式為

4FeOCr2O3+8Na2CO3+7O28Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2↑，故答案為：4FeOCr2O3＋8Na2CO3＋7O28Na2CrO4＋2Fe2O3＋8CO2↑。

（2）①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，是近似測定，準確測定需要用pH計或精確pH試紙，故答案為：cd。

②酸化步驟用醋酸調節溶液pH＜5，依據流程圖中物質的轉化和制備目的可知，結合反應平衡Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+，加入酸，氫離子濃度增大，平衡左移，作用是使CrO42-轉化為Cr2O72-，故答案為：使CrO42-轉化為Cr2O72-。

（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，冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到晶體，故答案為：蒸發濃縮，冷卻結晶。

（4）依據圖表物質的溶解度分析對比，操作Ⅲ發生反應的化學方程式是：Na2Cr2O7+2KCl=K2Cr2O7↓+2NaCl；說明相同溫度下K2Cr2O7的溶解度比Na2Cr2O7的小(或較低溫度下，四種物質中K2Cr2O7的溶解度最小)，

故答案為：相同溫度下K2Cr2O7的溶解度比Na2Cr2O7的小(或較低溫度下，四種物質中K2Cr2O7的溶解度最小)。

（5）碘遇淀粉顯藍色，因此可以用淀粉作指示劑。根據Cr2O72-＋6I－＋14H＋=2Cr3＋＋3I2＋7H2O、I2＋2S2O32-=2I－＋S4O62-可得反應的關系式為：Cr2O72-～3I2～62S2O32-，所以n(Cr2O72-)=0.1000mol/L×0.048L/6=0.0008mol，所以500mL重鉻酸鉀中n(Cr2O)=0.008mol，m(K2Cr2O7)=0.008mol×294gmol－1=2.352g，其純度=2.352g/5g×100%=47%，故答案為：淀粉溶液，47.0%。