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，以下是以铬铁矿为原料制备重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）的流程图：

已知：①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{一定条件}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{一定条件}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；
根据题意回答下列问题：
（1）操作I在常温下该反应速度极慢，下列措施中能使反应速率增大的是AC．
A．升高温度       B．增加纯碱的用量    C．将原料粉碎
（2）固体X中主要含有Fe₂O₃、MgO（填写化学式）；
（3）酸化步骤用盐酸调节溶液pH＜5，使含铬物质发生了转化，请写出其离子反应方程式2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O．
（4）操作Ⅳ由多步组成，获得K₂Cr₂O₇晶体的操作依次是：加入KCl固体、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（5）表是相关物质的溶解度数据，操作Ⅲ发生反应的化学方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl→K₂Cr₂O₇↓+2NaCl．该反应在溶液中能发生的理由是K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）．（文字说明）

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

（6）副产品Y主要含氢氧化铝，还含少量其它难溶杂质，精确分析Y中氢氧化铝含量的方法是称取n g样品，加入过量NaOH溶液、溶解、过滤、取滤液，在其中通入过量二氧化碳、…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 铬铁矿通过焙烧4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{一定条件}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑，Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{一定条件}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合体系，然后加水溶解经操作Ⅱ得固体X为：Fe₂O₃、MgO和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，再调节溶液的PH，使偏铝酸盐完全沉淀，操作Ⅲ得到Y为氢氧化铝，继续调节溶液的PH使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化钾，Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl，生成溶解度极小的K₂Cr₂O₇，结晶得到晶体．
（1）根据影响化学反应速率的因素进行判断；
（2）依据流程图和题干反应分析判断固体X中主要含有Fe₂O₃、MgO；
（3）结合流程图和反应过程中得到物质分析，酸化步骤用醋酸调节溶液pH＜5为了转化CrO₄^2-离子为Cr₂O₇^2-；
（4）溶液中得到溶质晶体的方法是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤步骤分析回答；
（5）依据物质溶解度比较分析，反应向溶解度小的方向进行；
（6）利用氢氧化铝是两性氢氧化物和强碱反应溶解，少量镁、铁的难溶化合物不溶解；分离提取溶液中的偏铝酸钠可以根据实验室制取氢氧化铝沉淀的方法进行，通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀；灼烧后得到氧化铝，依据元素守恒计算得到．

解答 解：（1）A．升高温度，可以加快反应速率，故A正确；
B．将原料粉碎，增大了接触面积，可以加快反应速率，故B正确；
C．纯碱是固体，不涉及浓度问题，所以改变纯碱的量，不能改变反应速率，故C错误；
故答案为：AC；
（2）铬铁矿的主要成分可表示为FeO•Cr₂O₃，还含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等杂质，加入氧气和碳酸钠，发生反应为：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{一定条件}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{一定条件}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，操作Ⅰ是过滤得到固体X为Fe₂O₃、MgO，
故答案为：Fe₂O₃、MgO；
（3）酸化步骤用醋酸调节溶液pH＜5，依据流程图中物质的转化和制备目的可知，结合反应平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氢离子浓度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，
故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O；
（4）操作Ⅲ有多步组成，获得K₂Cr₂O₇晶体的操作依次是：加入KCl固体、蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到晶体，
故答案为：冷却结晶；过滤；
（5）依据图表物质的溶解度分析对比，操作Ⅲ发生反应的化学方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl；说明K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小），
故答案为：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）；
（6）副产品Y主要含氢氧化铝，还含少量镁、铁的难溶化合物及可溶性杂质，精确分析Y中氢氧化铝含量的方法是先利用氢氧化铝的两性，用氢氧化钠溶液溶解氢氧化铝过滤得到滤液中通入二氧化碳生成氢氧化铝沉淀，灼烧干燥得到氧化铝干燥固体m g，依据铝元素守恒计算，样品中氢氧化铝的质量分数=$\frac{\frac{m}{102g/mol}×2×78g/mol}{ng}$×100%=$\frac{26m}{17n}$，
故答案为：$\frac{26m}{17n}$．

点评 本题考查了物质制备流程和方案的分析判断，物质性质的应用，题干信息的分析理解，操作步骤的注意问题和基本操作方法是解题关键，题目难度中等．