Question

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+ 7O₂8Na₂CrO₄ + 2 Fe₂O₃ + 8CO₂↑；
②Na₂CO₃ + Al₂O₃2NaAlO₂ + CO₂↑；③ Cr₂O₇^2－+ H₂O2CrO₄^2－ + 2H⁺
（1）固体X中主要含有_________（填写化学式）；要检测酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，应该使用__________（填写仪器或试剂名称）。
（2）酸化步骤用醋酸调节溶液pH＜5，其目的是_________________________________。

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

 
（3）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、              、
过滤、_______、干燥。
（4）右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_______________。
（5）酸性溶液中过氧化氢能使Cr₂O₇^2-生成蓝色的过氧化铬（CrO₅分子结构为), 该反应可用来检验Cr₂O₇^2-的存在。写出反应的离子方程式：                                                。
该反应                   (填“属于”或“不属于”)氧化还原反应。
（6）称取重铬酸钾试样2.500g配成250mL溶液,取出25mL与碘量瓶中,加入10mL2mol/ L  H₂SO₄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                                           ；
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         。（保留3位有效数字, K₂Cr₂O₇的摩尔质量为294g/mol）。

Answer 1

（16分）（1）Fe₂O₃、MgO（2分，有错即为0分，少一个扣1分）；pH计或精密pH试纸。（1分，
答pH试纸或广泛pH试纸不给分）
（2）使CrO₄^2－转化为Cr₂O₇^2－。（1分）  （3）冷却结晶、洗涤。(各1分)
（4）K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（1分）（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）。
（5）Cr₂O₇^2- + 4H₂O₂ +2H⁺＝ 2CrO₅ + 5H₂O （2分）      不属于（1分）
（6）①溶液蓝色恰好褪色为滴定终点（2分）
②94.1%（4分，在±0.1%范围内不扣分，有效数字错扣2分）

试题分析：（1）铬铁矿的主要成分可表示为FeO?Cr₂O₃，还含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等杂质，因此加入氧气和碳酸钠发生反应为①4FeO?Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑、②Na₂CO₃+Al₂O₃2NaAlO₂+CO₂↑、③Cr₂O₇^2-+H₂O2CrO₄^2-+2H⁺。氧化铁、氧化铝不溶于水，操作Ⅰ是过滤，因此得到固体X为Fe₂O₃、MgO。要检测酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，普通pH试纸只能测定溶液pH到整数，是近似测定，准确测定需要用pH计或精确pH试纸。
（2）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-+H₂O2CrO₄^2-+2H⁺可知，加入酸，溶液中氢离子浓度增大，平衡左移，所以目的是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-。
（3）对于易溶性物质，从溶液得到晶体的操作一般是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，将得到的晶体洗涤干燥即可。因此要获得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。
（4）依据表中物质的溶解度数据分析对比，依据操作Ⅲ发生反应的化学方程式Na₂Cr₂O₇+2KCl＝K₂Cr₂O₇↓+2NaCl可知，该反应之所以能发生是因为K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）。
（5）酸性溶液中过氧化氢能使Cr₂O₇^2-生成蓝色的过氧化铬，由于溶液显酸性，因此反应物还有氢离子参加，根据原子守恒可知，生成物还有水生成，因此反应的离子方程式为Cr₂O₇^2- + 4H₂O₂ +2H⁺＝2CrO₅ + 5H₂O。根据CrO₅分子结构可知，该化合物中Cr元素的化合价仍然是＋6价，其中氧元素的化合价有4个－1价的，1个－2价的，因此该反应前后元素的化合价均没有发生变化，所以反应不是氧化还原反应。
（6）①由于碘单质遇淀粉显蓝色，所以根据反应I₂+2S₂O₃^2—＝2I^-+S₄O₆^2—可知，判断达到滴定终点的依据是溶液蓝色恰好褪色且半分钟不恢复即为滴定终点。
②根据反应Cr₂O₇^2-＋6I^－+14H⁺＝2Cr^3＋＋3I₂+ 7H₂O、I₂+2S₂O₃^2—＝2I^-+S₄O₆^2—可知
Cr₂O₇^2-～～～3I₂～～～6S₂O₃^2—
1mol                6mol
n（K₂Cr₂O₇）  0.1200mol/L×0.04L
即＝
解得n（K₂Cr₂O₇）＝0.0008mol
所以2.500g重铬酸钾试样中重铬酸钾的物质的量＝×0.0008mol＝0.008mol
质量＝0.008mol×294g/mol＝2.352g
因此所得产品中重铬酸钾的纯度为×100%＝94.1%