Question

3．紅礬鈉（重鉻酸鈉：Na₂Cr₂O₇•2H₂O）是重要的基本化工原料，在印染工業(yè)、電鍍工業(yè)和皮革工業(yè)中作助劑，在化學(xué)工業(yè)和制藥工業(yè)中也用作氧化劑，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛．
（1）實(shí)驗(yàn)室中紅礬鈉可用鉻鐵礦（主要成分：FeO•Cr₂O₃）利用以下過程來制�。�

①步驟I中反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
4FeO•Cr₂O₃（s）+8Na₂CO₃（s）+7O₂=8Na₂Cro₄（s）+2Fe₂O₃+8CO₂該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=$\frac{c（C{O}_{2}）^{8}}{c（{O}_{2}）^{7}}$，在常溫下該反應(yīng)速度極慢，下列措施中能使反應(yīng)速率增大的是ABC．
A．升高溫度       B．通入過量的空氣    C．將原料粉碎   D．增加純堿的用量
②步驟Ⅱ中所得溶液顯堿性，其中除含有Na₂CrO₄外還含有鋁、硅元素的化合物，它們的化學(xué)式可能是NaA1O₂[或NaA1（OH）₄]、Na₂SiO₃．
③步驟Ⅲ需將溶液的pH調(diào)至7～8并煮沸，其目的是除去A1O^-₂、SiO₃^2-等雜質(zhì)．
④步驟Ⅳ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O．
（2）將紅礬鈉與KCl固體按1：2（物質(zhì)的量比）混合溶于水后經(jīng)適當(dāng)操作可得到K₂Cr₂O₇晶體．請(qǐng)?zhí)顚懕碇锌崭�，完成上述過程．（已知：在室溫下重鉻酸鉀溶解度很小，而在升高溫度時(shí)，其溶解度大大增加）．

序號(hào)	實(shí)驗(yàn)步驟	簡述實(shí)驗(yàn)操作（不必?cái)⑹鋈绾谓M裝實(shí)驗(yàn)裝置）
①	溶解	將混合物放入燒杯中，加入熱的蒸餾水，充分?jǐn)嚢柚钡焦腆w不再溶解．
②
③
④
⑤	過濾、干燥	得到K2Cr2O7晶體

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式及書寫要求寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)；根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素進(jìn)行判斷；
②鋁、硅的氧化物在堿性條件下能夠與氫氧根離子反應(yīng)生成偏鋁酸鈉、硅酸鈉；
③步驟Ⅱ中鋁元素、硅元素以偏鋁酸根離子、硅酸根離子形式存在，通過條件pH后可以將硅酸根離子、偏鋁酸根離子轉(zhuǎn)化成沉淀而除去；
④步驟Ⅳ中CrO₄^2-在酸性條件下轉(zhuǎn)化成Cr₂O₇^2-，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（2）根據(jù)溫度對(duì)各物質(zhì)的溶解度大小進(jìn)行分析．

解答 解：（1）①反應(yīng)4FeO•Cr₂O₃（s）+8Na₂CO₃（s）+7O₂=8Na₂CrO₄（s）+2Fe₂O₃+8CO₂中，F(xiàn)eO•Cr₂O₃、Na₂CO₃、Na₂CrO₄、Fe₂O₃為固體，在平衡常數(shù)表達(dá)式中不需要出現(xiàn)，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=$\frac{c（C{O}_{2}）^{8}}{c（{O}_{2}）^{7}}$；
A．升高溫度，可以加快反應(yīng)速率，故A正確；       
B．通入過量的空氣，增大了氧氣的量，可以加快反應(yīng)速率，故B正確；    
C．將原料粉碎，增大了接觸面積，可以加快反應(yīng)速率，故C正確；
D．純堿是固體，不涉及濃度問題，所以改變純堿的量，不能改變反應(yīng)速率，故D錯(cuò)誤；
故答案為：K=$\frac{c（C{O}_{2}）^{8}}{c（{O}_{2}）^{7}}$；ABC；
②氧化鋁、二氧化硅能夠與氫氧根離子反應(yīng)生成偏鋁酸鈉、硅酸鈉，則堿性條件下，鋁元素與硅元素的存在形式為NaAlO₂、Na₂SiO₃，
故答案為：NaA1O₂[或NaA1（OH）₄]；Na₂SiO₃；
③步驟Ⅲ需將溶液的pH調(diào)至7～8并煮沸，NaAlO₂、Na₂SiO₃等雜質(zhì)可以以沉淀的形式除去，
故答案為：除去A1O^-₂、SiO₃^2-等雜質(zhì)；
④該步驟是CrO₄^2-到Cr₂O₇^2-的轉(zhuǎn)化，反應(yīng)的離子方程式為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O；
（2）根據(jù)Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇+2NaCl，向Na₂Cr₂O₇中加入KCl固體，加熱時(shí)重鉻酸鉀溶解度隨著溫度的升高而增大，但氯化鉀的溶解度受溫度的影響不大，則獲得K₂Cr₂O₇的操作方法分別為：溶解、蒸發(fā)、過濾、冷卻、結(jié)晶、過濾、干燥，
故答案為：

②	蒸發(fā)	將所得溶液轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，加熱蒸發(fā)溶液使NaC1結(jié)晶析出
③	過濾	趁熱過濾，將NaC1晶體與溶液分離
④	冷卻，結(jié)晶	冷卻濾液使K2Cr2O7結(jié)晶析出

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點(diǎn)評(píng) 本題考查了制備方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑榻獯痍P(guān)鍵，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�，注意掌握物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)原則．