Question

4．工業(yè)上以鉻鐵礦（主要成分為FeO•Cr₂O₃，還含有SiO₂、Al₂O₃雜質(zhì)）為原料，常采用的固體堿熔氧化法制備K₂Cr₂O₇的流程如圖所示：

已知：i．NaFeO₂遇水強(qiáng)烈水解
ii．K₂Cr₂O₇在水中的溶解度隨溫度的升高而升高的程度大
iii．2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺?TCr₂O₇^2-（橙色）+H₂O
請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題：
（1）鉻鐵礦經(jīng)粉碎處理的目的是增大反應(yīng)物的表面積，提高反應(yīng)速率；
步驟Ⅰ若在坩堝中進(jìn)行，適合此實(shí)驗(yàn)的坩堝種類(lèi)是（填選項(xiàng)字母）A；
A．鐵坩堝B．氧化鋁坩堝C．石英坩堝D．陶瓷坩堝
（2）步驟Ⅱ水浸時(shí)有紅褐色沉淀生成，請(qǐng)用離子方程式表示此現(xiàn)象的原因：FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-；濾液1的顏色為黃色．
（3）步驟Ⅲ選用CO₂調(diào)節(jié)pH，濾渣2的成分：H₂SiO₃、Al（OH）₃．
（4）從濾液2獲得b g K₂Cr₂O₇晶體時(shí)，步驟Ⅳ需歷經(jīng)如下操作：
“酸化”至pH＜5→加適量KCl固體→蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過(guò)濾→洗滌→干燥
①“酸化”至pH＜5的目的是除去濾液2中CO₃^2-或HCO₃^-、增大使c（H⁺）濃度，使2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O平衡正向移動(dòng)，提高產(chǎn)率．
②此過(guò)程中能除去NaCl雜質(zhì)的依據(jù)是K₂Cr₂O₇在水中的溶解度隨溫度的升高而升高的程度大，而NaCl則變化小，故將含K₂Cr₂O₇、NaCl的溶液蒸發(fā)、濃縮、冷卻時(shí)，結(jié)晶物中主要含有K₂Cr₂O₇．
③假設(shè)a g鉻鐵礦中鉻元素全部轉(zhuǎn)化到b g K₂Cr₂O₇（M_r=294）晶體中，則步驟Ⅰ中發(fā)生還原反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為$\frac{168}$mo．

Answer 1

分析 鉻鐵礦主要成分為FeO•Cr₂O₃，含有SiO₂、Al₂O₃等雜質(zhì)加入燒堿、純堿與足量空氣煅燒，發(fā)生4FeO•Cr₂O₃+7O₂+20NaOH$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10H₂O，生成Na₂CrO₄、NaFeO₂、Na₂SiO₃、NaOH和NaAlO₂的混合體系，然后加水溶解，三價(jià)鐵水解，NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH，得固體氫氧化鐵濾渣1和濾液Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaOH、NaAlO₂，再調(diào)節(jié)溶液的pH，使偏鋁酸鹽完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，硅酸鹽完全沉淀；過(guò)濾，使濾液酸化，使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，加KCl固體→蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過(guò)濾→洗滌→干燥，得到K₂Cr₂O₇．
（1）鉻鐵礦經(jīng)粉碎處理可增大固體表面積，增大反應(yīng)速率，在坩堝中進(jìn)行煅燒物質(zhì)含有強(qiáng)堿氫氧化鈉，氫氧化鈉能和二氧化硅反應(yīng)；
（2）紅褐色沉淀為氫氧化鐵，由FeO₂^-水解生成，濾液含有Na₂CrO₄，溶液呈黃色；
（3）濾渣2含有氫氧化鋁、硅酸等沉淀；
（4）①?gòu)臑V液2獲得b g K₂Cr₂O₇晶體時(shí)，“酸化”至pH＜5，可除去CO₃^2-或HCO₃^-；增大使c（H⁺）濃度，使2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O平衡正向移動(dòng)；
②加適量KCl固體，加熱濃縮，增大的K₂Cr₂O₇溶解度，因氯化鈉的溶解度隨溫度變化較小，冷卻結(jié)晶主要得到K₂Cr₂O₇，可除去氯化鈉雜質(zhì)；
③根據(jù)化合價(jià)的變化計(jì)算轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算耗氧量．

解答 解：鉻鐵礦主要成分為FeO•Cr₂O₃，含有SiO₂、Al₂O₃等雜質(zhì)加入燒堿、純堿與足量空氣煅燒，發(fā)生4FeO•Cr₂O₃+7O₂+20NaOH$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10H₂O，生成Na₂CrO₄、NaFeO₂、Na₂SiO₃、NaOH和NaAlO₂的混合體系，然后加水溶解，三價(jià)鐵水解，NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH，得固體氫氧化鐵濾渣1和濾液Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaOH、NaAlO₂，再調(diào)節(jié)溶液的pH，使偏鋁酸鹽完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，硅酸鹽完全沉淀；過(guò)濾，使濾液酸化，使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，加KCl固體→蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過(guò)濾→洗滌→干燥，得到K₂Cr₂O₇．
（1）鉻鐵礦經(jīng)粉碎處理可增大固體表面積，增大反應(yīng)速率，
A．鐵坩堝含有鐵，鐵與氫氧化鈉不反應(yīng)，故A正確；
B．三氧化二鋁能和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，故B錯(cuò)誤；
C．石英中含有二氧化硅，二氧化硅能和氫氧化鈉反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；
D．陶瓷中含有二氧化硅，二氧化硅能和氫氧化鈉反應(yīng)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：增大反應(yīng)物的表面積，提高反應(yīng)速率；A；
（2）紅褐色沉淀為氫氧化鐵，由FeO₂^-水解生成，離子方程式為FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-，濾液含有Na₂CrO₄，溶液呈黃色，
故答案為：FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-；黃色；
（3）濾液Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaOH、NaAlO₂，再調(diào)節(jié)溶液的pH，使偏鋁酸鹽完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，硅酸鹽完全沉淀，
故答案為：H₂SiO₃、Al（OH）₃；
（4）①?gòu)臑V液2獲得b g K₂Cr₂O₇晶體時(shí)，“酸化”至pH＜5，可除去CO₃^2-或HCO₃^-；增大使c（H⁺）濃度，使2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O平衡正向移動(dòng)，
故答案為：除去濾液2中CO₃^2-或HCO₃^-；增大使c（H⁺）濃度，使2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O平衡正向移動(dòng)，提高產(chǎn)率；
②加適量KCl固體，加熱濃縮，增大的K₂Cr₂O₇溶解度，因氯化鈉的溶解度隨溫度變化較小，K₂Cr₂O₇在水中的溶解度隨溫度的升高而升高的程度大，而NaCl則變化小，故將含K₂Cr₂O₇、NaCl的溶液蒸發(fā)、濃縮、冷卻時(shí)，結(jié)晶物中主要含有K₂Cr₂O₇，
故答案為：K₂Cr₂O₇在水中的溶解度隨溫度的升高而升高的程度大，而NaCl則變化小，故將含K₂Cr₂O₇、NaCl的溶液蒸發(fā)、濃縮、冷卻時(shí)，結(jié)晶物中主要含有K₂Cr₂O₇；
③n（K₂Cr₂O₇）=$\frac{294}$mol，則n（FeO•Cr₂O₃）=$\frac{294}$mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為$\frac{294}$mol×（1+2×3）=$\frac{42}$mol，需要氧氣的物質(zhì)的量為$\frac{\frac{42}}{4}$mol=$\frac{168}$mol，
故答案為：$\frac{168}$mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的流程分析和產(chǎn)物判斷，題目難度中等，把握生產(chǎn)流程是解題的關(guān)鍵，注意物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，側(cè)重于考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力．