Question

9．重铬酸钾是工业生产和实验室的重要氧化剂，工业上常用铬铁矿（主要成分为FeO•Cr₂O₃，杂质为SiO₂、Al₂O₃）为原料生产，实验室模拟工业法用铬铁矿制K₂Cr₂O₇的主要工艺如图．涉及的主要反应是
6FeO•Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O．

（1）碱浸前将铬铁矿粉碎的作用增大接触面积、加快反应速率．
（2）反应器①中除发生题中所给反应外，请写出其它两个化学方程式（要求两个反应中反应物均不相同）Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑（或SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑）；SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O （或Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O）．③中调节pH=7-8所得滤渣为H₂SiO₃、Al（OH）₃．
（3）从平衡角度分析④中酸化的原理2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O中增大氢离子浓度平衡向右移动；
（4）用简要的文字说明操作⑤加入KCl能得到K₂Cr₂O₇晶体的原因是K₂Cr₂O₇溶解度较小且受温度影响较大．
（5）称取重铬酸钾试样2.500g配成250mL溶液，取出25.00mL于碘量瓶中，向其中加入10mL2mol/LH₂SO₄和足量碘化钾（铬的还原产物为Cr³⁺），放于暗处5min．然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示剂，用0.1200mol/LNa₂S₂O₃标准溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）
①判断达到滴定终点的依据是滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液，溶液蓝色褪色，且振荡后半分钟内不恢复；
②若实验中共用去Na₂S₂O₃标准溶液40.00mL，则所得产品中重铬酸钾的纯度为（设整个过程中其它杂质不参加反应）94%（保留2位有效数字）．

Answer 1

分析 将铬酸矿粉碎目的是增大反应物接触面积，加快反应速率，然后向反应器中加入纯碱、NaOH、KClO₃，发生反应6FeO•Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O、SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、2KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KCl+3O₂↑、Fe₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O、Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，然后浸取，Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaAlO₂、KCl都易溶于水，Fe₂O₃难溶于水，NaFeO₂在水溶液中发生水解生成Fe（OH）₃，然后过滤，得到滤液中含有Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaAlO₂、KCl，调节溶液pH为7-8，由于硅酸钠和偏铝酸钠在溶液中发生水解，离子方程式为SiO₃^2-+H₂O?HSiO₃^-+OH^-、HSiO₃^-+H₂O?H₂SiO₃+OH^-、AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，降低pH有利于水解平衡向正反应方向移动，当pH调到7～8时能使它们完全水解生成沉淀H₂SiO₃、Al（OH）₃，向滤液中加入酸进行酸化，离子方程式为2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，然后向溶液中加入KCl，进行浓缩、过滤、晾干得到K₂Cr₂O₇，说明溶液中K₂Cr₂O₇溶解度小于Na₂Cr₂O₇，据此分析解答．

解答 解：将铬酸矿粉碎目的是增大反应物接触面积，加快反应速率，然后向反应器中加入纯碱、NaOH、KClO₃，发生反应6FeO•Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O、SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、2KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KCl+3O₂↑、Fe₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O、Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，然后浸取，Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaAlO₂、KCl都易溶于水，Fe₂O₃难溶于水，NaFeO₂在水溶液中发生水解生成Fe（OH）₃，然后过滤，得到滤液中含有Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaAlO₂、KCl，调节溶液pH为7-8，由于硅酸钠和偏铝酸钠在溶液中发生水解，离子方程式为SiO₃^2-+H₂O?HSiO₃^-+OH^-、HSiO₃^-+H₂O?H₂SiO₃+OH^-、AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，降低pH有利于水解平衡向正反应方向移动，当pH调到7～8时能使它们完全水解生成沉淀H₂SiO₃、Al（OH）₃，向滤液中加入酸进行酸化，离子方程式为2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，然后向溶液中加入KCl，进行浓缩、过滤、晾干得到K₂Cr₂O₇，说明溶液中K₂Cr₂O₇溶解度小于Na₂Cr₂O₇，
（1）固体反应时接触面积越大反应速率越快，所以碱浸前将铬铁矿粉碎的作用是增大接触面积、加快反应速率，故答案为：增大接触面积、加快反应速率；
（2）反应器①中除发生题中所给反应外，请写出其它两个化学方程式（要求两个反应中反应物均不相同）为SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O或Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O；
通过以上分析知，③中调节pH=7-8所得滤渣为H₂SiO₃、Al（OH）₃，
故答案为：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑（或Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O）；Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑（或SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O）；H₂SiO₃；Al（OH）₃；
（3）④中离子方程式为2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，酸化时平衡向正反应方向移动，有利于生成Na₂Cr₂O₇，故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O中增大氢离子浓度平衡向右移动；
（4）⑤加入KCl能得到K₂Cr₂O₇晶体说明K₂Cr₂O₇溶解度较小且受温度影响较大，故答案为：K₂Cr₂O₇溶解度较小且受温度影响较大；
（5）①判断达到滴定终点的依据是滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液，溶液蓝色褪色，且振荡后半分钟内不恢复，故答案为：滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液，溶液蓝色褪色，且振荡后半分钟内不恢复；
②反应Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O；I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-可得反应的关系式为Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-，设配制的25.00mL重铬酸钾溶液中重铬酸钾的物质的量为nmol，
Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-
1           6
n   0.1200mol/L×0.04L
1：6=n：（0.1200mol/L×0.04L）
n=$\frac{0.1200mol/L×0.04L×1}{6}$=0.0008mol，
则250mL重铬酸钾溶液中重铬酸钾的物质的量为0.008mol，
重铬酸钾的纯度=$\frac{0.008mol×294g/mol}{2.500g}×100%$=94%，
故答案为：94%．

点评 本题考查物质制备实验方案设计，涉及物质分离和提纯、物质纯度的滴定实验等知识点，综合性较强，侧重考查学生分析、计算能力，能从整体上把握分析发生的反应、实验操作方法是解本题关键，知道每一步发生的反应及物质的性质，题目难度中等．