Question

3．铬铁矿的主要成分可表示为FeO•Cr₂O₃，还含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等杂质，以铬铁矿为原料制备重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）的工艺如下（部分操作和条件略）：
Ⅰ．将铬铁矿和碳酸钠混合充分焙烧．
Ⅱ．焙烧后的固体加水浸取，分离得到溶液A和固体A．
Ⅲ．向溶液A中加入醋酸调pH约7～8，分离得到溶液B和固体B．
Ⅳ．再向溶液B中继续加醋酸酸化，使溶液pH小于5．
Ⅴ．向上述溶液中加入氯化钾，得到重铬酸钾晶体．
（1）Ⅰ中焙烧发生的反应如下，配平并填写空缺：
①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂═8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑
②Na₂CO₃+Al₂O₃═2NaAlO₂+CO₂↑
（2）固体A中主要含有Fe₂O₃、MgO（填写化学式）．
（3）已知重铬酸钾溶液中存在如下平衡：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．Ⅳ中调节溶液pH＜5时，其目的是由于存在反应平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氢离子浓度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-．．
（4）Ⅴ中发生反应的化学方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl═K₂Cr₂O₇↓+2NaCl
表是相关物质的溶解度数据：

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

①该反应能发生的理由是温度对氯化钠的溶解度影响小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大，低温下四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小，利用复分解反应在低温下可以得到重铬酸钾．
②获得K₂Cr₂O₇晶体的操作有多步组成，依次是：加入KCl固体、加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到晶体．
（5）Ⅲ中固体B中主要含氢氧化铝，还含少量镁、铁的难溶化合物及可溶性杂质，精确分析固体B中氢氧化铝含量的方法是：称取n g样品，加入过量氢氧化钠溶液（填写试剂名称）、溶解、过滤、再通入过量的CO₂、…灼烧、冷却、称量，得干燥固体m g．计算样品中氢氧化铝的质量分数为$\frac{26m}{17n}$（用含m、n的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）反应中Fe、Cr元素化合价升高，结合元素守恒可知缺陷物质为氧气，Fe元素化合价由+2价升高为+3价，Cr元素化合价由+3价升高为+6价，总升高+7价，O元素化合价由0价降低为-2价，共降低4价，化合价升降最小公倍数为28，故FeO•Cr₂O₃的系数为4，氧气系数为7，再根据原子守恒配平；
（2）焙烧时MgO未反应，焙烧后的固体加水浸取，分离得到固体A为Fe₂O₃、MgO；
（3）根据平衡移动原理分析；
（4）①温度对氯化钠的溶解度影响小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大，低温下得到溶解度更小的物质；
②加入KCl固体后，利用溶解度不同，温度对溶解度影响，经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥可以得到K₂Cr₂O₇晶体；
（5）固体B中主要含氢氧化铝，还含少量镁、铁的难溶化合物及可溶性杂质，为精确分析B中氢氧化铝含量，先利用氢氧化铝的两性，用过量的氢氧化钠溶液溶解氢氧化铝，过滤除去不溶物，向滤液中通入二氧化碳重新生成氢氧化铝沉淀，灼烧得到氧化铝固体，根据铝元素守恒计算样品中氢氧化铝的质量，进而计算其质量分数．

解答 解：（1）反应中Fe、Cr元素化合价升高，结合元素守恒可知缺陷物质为氧气，Fe元素化合价由+2价升高为+3价，Cr元素化合价由+3价升高为+6价，总升高+7价，O元素化合价由0价降低为-2价，共降低4价，化合价升降最小公倍数为28，故FeO•Cr₂O₃的系数为4，氧气系数为7，再根据原子守恒配平后方程式为：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，
故答案为：4；8；7O₂；8；2；8；
（2）焙烧时MgO未反应，焙烧后的固体加水浸取，分离得到固体A为Fe₂O₃、MgO，
故答案为：Fe₂O₃、MgO；
（3）由于存在反应平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氢离子浓度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，
故答案为：使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-；
（4）①温度对氯化钠的溶解度影响小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大，低温下四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小，利用复分解反应在低温下可以得到重铬酸钾，
故答案为：温度对氯化钠的溶解度影响小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大，低温下四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小，利用复分解反应在低温下可以得到重铬酸钾；
②加入KCl固体后，利用溶解度不同，温度对溶解度影响，再经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥可以得到K₂Cr₂O₇晶体，
故答案为：加热浓缩、冷却结晶；
（5）固体B中主要含氢氧化铝，还含少量镁、铁的难溶化合物及可溶性杂质，为精确分析B中氢氧化铝含量，先利用氢氧化铝的两性，用过量的氢氧化钠溶液溶解氢氧化铝，过滤除去不溶物，向滤液中通入二氧化碳重新生成氢氧化铝沉淀，灼烧得到氧化铝固体，
根据Al元素守恒，样品中氢氧化铝的质量分数=$\frac{\frac{mg}{102g/mol}×2×78g/mol}{ng}$=$\frac{26m}{17n}$，
故答案为：NaOH溶液；$\frac{26m}{17n}$．

点评 本题考查物质制备、物质含量测定、物质的分离提纯、氧化还原反应、平衡移动原理等，注意对溶解度数据的分析运用，理解复分解反应本质，题目难度中等．