Question

9．重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）是高中化学常见的氧化剂，工业上以铬铁矿为原料用碱溶氧化法制备．铬铁矿中通常含有Cr₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等．

已知：①NaFeO₂遇水强烈水解．②2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O请回答下列问题：
（1）将矿石粉碎的目的是增大反应物的表面积，加快反应速率；高温灼烧时Cr₂O₃发生反应的化学方程式为2Cr₂O₃+3O₂+8NaOH$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4H₂O．
（2）滤渣1中有红褐色物质，写出生成该物质反应的离子方程式FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-．滤渣2的主要成分是Al（OH）₃和H₂SiO₃．
（3）用简要的文字说明Na₂Cr₂O₇溶液中加入KCl固体，降温析出K₂Cr₂O₇的原因K₂Cr₂O₇的溶解度受温度影响较大，氯化钠的溶解度受温度影响较小．
（4）25℃时，对反应2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺?Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O，取Na₂CrO₄溶液进行实验，测得部分实验数据如下：

时间/（s）	0	0.01	0.02	0.03	0.04
（CrO42-）/（mol•L-1）	0.20	1.6×10-2	1.2×10-2	1.0×10-2
（Cr2O72-）/（mol•L-1）	0	9.2×10-2	9.4×10-2		9.5×10-2

反应达到平衡时，溶液的pH=1，该反应平衡常数K为9.5×10⁴．
②下列有关说法正确的bd．
a．加少量NaHCO₃固体，可使溶液的橙色加深
b．0.03s时v（CrO₄^2-）_（正）=2v（Cr₂O₇^2-）_（逆）
c．溶液中c（CrO₄^2-）：c（Cr₂O₇^2-）=2：1时该反应已达平衡状态
d．反应达到平衡时CrO₄^2-的转化率为95%

Answer 1

分析 铁矿中通常含有Cr₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等，将铬铁矿和烧碱、氧气混合焙烧得到Na₂CrO₄、NaFeO₂，而SiO₂与NaOH发生反应生成Na₂SiO₃，Al₂O₃与NaOH发生反应，生成NaAlO₂，故还含有Na₂SiO₃、NaAlO₂，由于NaFeO₂会发生强烈水解，滤渣1中有红褐色物质，可推知NaFeO₂水解生成氢氧化钠与氢氧化铁，过滤分离，滤液1中主要是NaAlO₂、Na₂SiO₃、Na₂CrO₄、NaOH，滤渣1为Fe（OH）₃；调节溶液pH，使NaAlO₂、Na₂SiO₃反应转化为H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀，过滤除去，滤液2主要是Na₂CrO₄，加入硫酸酸化，溶质变为Na₂Cr₂O₇，然后加入KCl固体，利用溶解度不同或者受温度影响不同，结晶得到K₂Cr₂O₇晶体，采用过滤方法得到K₂Cr₂O₇晶体，
（1）增大反应物的表面积，加快反应速率；发生氧化还原反应，Cr₂O₃与O₂、NaOH反应生成Na₂CrO₄与水；
（2）NaFeO₂会发生强烈水解生成氢氧化钠与氢氧化铁；滤渣2的主要成分是氢氧化铝与硅酸；
（3）K₂Cr₂O₇的溶解度受温度影响较大，氯化钠的溶解度受温度影响较小；
（4）①0.03s时c（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{2}$×（0.2-1.0×10^-2）mol/L=9.5×10^-2mol/L，与0.04s时的浓度相等，故0.03s时处于平衡状态，再根据K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）•{c}^{2}（{H}^{+}）}$计算；
②a．加少量NaHCO₃固体，消耗氢离子，平衡逆向移动；
b．0.03s时处于平衡状态，不同物质表示的正逆速率之比等于其化学计量数之比；
c．平衡时各组分的浓度不一定等于化学计量数之比，与转化率等有关；
d．转化率=$\frac{浓度变化量}{起始浓度}$×100%．

解答 解：铁矿中通常含有Cr₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等，将铬铁矿和烧碱、氧气混合焙烧得到Na₂CrO₄、NaFeO₂，而SiO₂与NaOH发生反应生成Na₂SiO₃，Al₂O₃与NaOH发生反应，生成NaAlO₂，故还含有Na₂SiO₃、NaAlO₂，由于NaFeO₂会发生强烈水解，滤渣1中有红褐色物质，可推知NaFeO₂水解生成氢氧化钠与氢氧化铁，过滤分离，滤液1中主要是NaAlO₂、Na₂SiO₃、Na₂CrO₄、NaOH，滤渣1为Fe（OH）₃；调节溶液pH，使NaAlO₂、Na₂SiO₃反应转化为H₂SiO₃、Al（OH）₃沉淀，过滤除去，滤液2主要是Na₂CrO₄，加入硫酸酸化，溶质变为Na₂Cr₂O₇，然后加入KCl固体，利用溶解度不同或者受温度影响不同，结晶得到K₂Cr₂O₇晶体，采用过滤方法得到K₂Cr₂O₇晶体，
（1）将矿石粉碎的目的是：增大反应物的表面积，加快反应速率；发生氧化还原反应，Cr₂O₃与O₂、NaOH反应生成Na₂CrO₄与水，反应方程式为：2Cr₂O₃+3O₂+8NaOH$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4H₂O，
故答案为：增大反应物的表面积，加快反应速率；2Cr₂O₃+3O₂+8NaOH$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4H₂O；
（2）NaFeO₂会发生强烈水解生成氢氧化钠与氢氧化铁，反应离子方程式为：FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-；滤渣2的主要成分是Al（OH）₃和H₂SiO₃，
故答案为：FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-；H₂SiO₃；
（3）Na₂Cr₂O₇溶液中加入KCl固体，降温析出K₂Cr₂O₇的原因：K₂Cr₂O₇的溶解度受温度影响较大，氯化钠的溶解度受温度影响较小，
故答案为：K₂Cr₂O₇的溶解度受温度影响较大，氯化钠的溶解度受温度影响较小；
（4）①0.03s时c（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{2}$×（0.2-1.0×10^-2）mol/L=9.5×10^-2mol/L，与0.04s时的浓度相等，故0.03s时处于平衡状态，反应达到平衡时，溶液的pH=1，该反应平衡常数K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）•{c}^{2}（{H}^{+}）}$=$\frac{9.5×1{0}^{-2}}{（1.0×1{0}^{-2}）^{2}×0．{1}^{2}}$=9.5×10⁴，
故答案为：9.5×10⁴；
②a．加少量NaHCO₃固体，消耗氢离子，平衡逆向移动，溶液的橙色变浅，黄色加深，故a错误；
b．0.03s时处于平衡状态，v（CrO₄^2-）_（正）=2v（Cr₂O₇^2-）_（逆）说明同种离子的生成熟练与消耗熟练相等，故b正确；
c．平衡时各组分的浓度不一定等于化学计量数之比，与转化率等有关，故c错误；
d．反应达到平衡时CrO₄^2-的转化率为：$\frac{（2-1.0×1{0}^{-2}）mol/L}{0.2mol/L}$×100%=95%，故d正确；
故答案为：bd．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、阅读题目获取信息能力、物质的分离提纯、化学平衡移动及计算等知识，题目难度中等，明确实验目的、实验原理为解答关键，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．