Question

7．铬酸钙（CaCrO₄）俗称钙铬黄，溶于水．广泛用作氧化剂、腐蚀抑制剂、颜料等．铬铁矿中铬的含量为19.5%，其主要成分为 FeO•Cr₂O₃，还含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃等杂质，以该铬铁矿为原料制备钙铬黄的工艺流程
如图1已知：①过氧化氢能将Cr（OH）₃氧化为CrO₄^2-．
②金属离子氢氧化物开始沉淀时和沉淀完全时的pH及K_sp如下：

氢氧化物	Ksp	开始沉淀时的pH	沉淀完全的pH
Fe（OH）3	2.5×10-38	2.3	3.5
Fe（OH）2	1.0×10-15	7.5	9.5
Al（OH）3	2.0×10-32	4.0	5.4
Cr（OH）3	5.4×10-31	4.6	5.9

（1）将铬铁矿粉碎的目的是增大接触面积、提高浸取率．
（2）操作I的名称是过滤，固体a的主要成分是SiO₂．
（3）写出浸取时生成Al³⁺的离子方程式：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O．
（4）调节pH的范围是C．
A.3.5〜4.0  B.4.6〜5.4  C.5.9〜7.5
（5）写出H₂O₂氧化Cr（OH）₃生成Na₂CrO₄的化学方程式2Cr（OH）₃+3H₂O₂+2Na₂CO₃=2Na₂CrO₄+6H₂O+2CO₂↑．
（6）当溶液中Al³⁺开始沉淀时，c（Fe³⁺）=2.5×10^-8mol/L．
（7）取粗产品用硝酸酸化，再加水配制成1000mL溶液，取20mL于试管中，通入标准状况下SO₂的体积与铬离子（Cr³⁺）物质的量的关系如图2该工艺流程中铬铁矿中铬的利用率是80%．[已知氧化性：CrO₄^2-＞NO₃ （H⁺）]．

Answer 1

分析 铬铁矿中铬的含量为19.5%，其主要成分为 FeO•Cr₂O₃，还含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃等杂质，以该铬铁矿为原料制备钙铬黄，取10g铬铁矿粉碎后加入浓盐酸浸取，其中FeO•Cr₂O₃，还含Fe₂O₃、Al₂O₃等溶解，得到溶液a为FeCl₂、FeCl₃、CrCl₃、AlCl₃溶液，SiO₂不溶，操作Ⅰ为过滤操作得到固体a为SiO₂，溶液a中加入过量的Na₂CO₃溶液，调节溶液的pH值，然后加入30%的双氧水，双氧水能氧化亚铁离子生成铁离子、能将Cr（OH）₃氧化为CrO₄^2-，根据流程图知，操作2后得到固体e、CrO₄^2-，CrO₄^2-最终得到钙铬黄，所以固体e中含有Al（OH）₃、Fe（OH）₃，调节溶液pH值时不能得到氢氧化亚铁沉淀即可；
（1）反应物接触面积越大，反应速率越快；
（2）分离溶液和难溶性固体采用过滤方法；二氧化硅不溶于浓盐酸；
（3）氧化铝和盐酸反应生成氯化铝和水；
（4）调节pH的目的是将铁离子、铬离子、铝离子都转化为沉淀；
（5）H₂O₂氧化Cr（OH）₃生成Na₂CrO₄，同时生成水，因为有碳酸钠反应，所以还生成二氧化碳；
（6）当溶液中Al³⁺开始沉淀时，溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$mol/L=10^-10 mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$；
（7）CaCrO₄被二氧化硫还原生成 Cr³⁺，消耗二氧化硫体积为20.16mL，n（SO₂）=$\frac{20.16×1{0}^{-3}L}{22.4mol/L}$=9×10^-4 mol，根据转移电子守恒得n（CaCrO₄）=$\frac{9×1{0}^{-4}mol×2}{3}$=6×10^-4 mol，粗产品中Cr元素质量=6×10^-4 mol×52g/mol×50=1.56g，铬矿石的质量是10g，则Cr元素质量分数=$\frac{1.56g}{10g}$×100%=15.6%．

解答 解：铬铁矿中铬的含量为19.5%，其主要成分为 FeO•Cr₂O₃，还含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃等杂质，以该铬铁矿为原料制备钙铬黄，取10g铬铁矿粉碎后加入浓盐酸浸取，其中FeO•Cr₂O₃，还含Fe₂O₃、Al₂O₃等溶解，得到溶液a为FeCl₂、FeCl₃、CrCl₃、AlCl₃溶液，SiO₂不溶，操作Ⅰ为过滤操作得到固体a为SiO₂，溶液a中加入过量的Na₂CO₃溶液，调节溶液的pH值，然后加入30%的双氧水，双氧水能氧化亚铁离子生成铁离子、能将Cr（OH）₃氧化为CrO₄^2-，根据流程图知，操作2后得到固体e、CrO₄^2-，CrO₄^2-最终得到钙铬黄，所以固体e中含有Al（OH）₃、Fe（OH）₃，调节溶液pH值时不能得到氢氧化亚铁沉淀即可；
（1）反应物接触面积越大，反应速率越快，粉碎的目的是增大接触面积，提高浸取率，
故答案为：增大接触面积、提高浸取率；
（2）分离溶液和难溶性固体采用过滤方法，所以操作I为过滤；二氧化硅不溶于浓盐酸，所以a为SiO₂，
故答案为：过滤；SiO₂；
（3）氧化铝和盐酸反应生成氯化铝和水，离子反应方程式为Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，故答案为：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（4）调节pH的目的是将铁离子、铬离子、铝离子都转化为沉淀但不能生成氢氧化亚铁沉淀，所以调节溶液的pH值为5.9〜7.5，
故选C；
（5）H₂O₂氧化Cr（OH）₃生成Na₂CrO₄，同时生成水，因为有碳酸钠反应，所以还生成二氧化碳，反应方程式为2Cr（OH）₃+3H₂O₂+2Na₂CO₃=2Na₂CrO₄+6H₂O+2CO₂↑，故答案为：2Cr（OH）₃+3H₂O₂+2Na₂CO₃=2Na₂CrO₄+6H₂O+2CO₂↑；
（6）当溶液中Al³⁺开始沉淀时，溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$mol/L=10^-10 mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.5×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-10}）^{3}}$mol/L=2.5×10^-8 mol/L，
故答案为：2.5×10^-8mol/L；
（7）CaCrO₄被二氧化硫还原生成 Cr³⁺，消耗二氧化硫体积为20.16mL，n（SO₂）=$\frac{20.16×1{0}^{-3}L}{22.4mol/L}$=9×10^-4 mol，根据转移电子守恒得n（CaCrO₄）=$\frac{9×1{0}^{-4}mol×2}{3}$=6×10^-4 mol，粗产品中Cr元素质量=6×10^-4 mol×52g/mol×50=1.56g，铬矿石的质量是10g，则Cr元素质量分数=$\frac{1.56g}{10g}$×100%=15.6%，所以该工艺流程中铬铁矿中铬的利用率=$\frac{15.6%}{19.5%}×100%$=80%，
故答案为：80%．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，侧重考查学生分析判断及知识综合运用能力，涉及方程式计算、氧化还原反应、化学反应速率影响因素、溶度积常数计算等知识点，明确物质性质、化学反应原理等知识点是解本题关键，注意（7）中易漏掉计算1000mL溶液中Cr元素质量，为易错点．