Question

12．重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）是工业生产和实验室的重要氧化剂，工业上常用铬铁矿（主要成份为FeO•Cr₂O₃）为原料生产．实验室模拟工业法用铬铁矿制K2Cr₂O₇的主要工艺如下，试结合如图回答问题：

试回答下列问题：
（1）配平在反应器①中发生的主要反应：
6Fe•Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+KCl+H₂O
（2）在反应器①中，有Na₂CrO₄生成，同时Fe₂O₃转变为NaFeO₂，杂质SiO₂、Al₂O₃与纯碱反应转变为可溶性盐，写出二氧化硅与碳酸钠反应的化学方程式：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑．
（3）NaFeO₂能强烈水解，经操作②生成沉淀而除去，写出该反应的化学方程式：NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH．
（4）操作③调节pH=7-8，其目的是由于硅酸钠和偏铝酸钠在溶液中发生水解，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（请用简要的文字说明）
（5）写出操作④的离子方程式：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．
（6）操作⑤获得K₂Cr₂O₇晶体的操作依次是：加热浓缩、冷却结晶过滤、洗涤干燥．
（7）称取制得的K₂Cr₂O₇晶体2.5000g配成250mL溶液，取出25.00mL于锥形瓶中，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：当滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液，溶液蓝色褪去且半分钟内不再变化；
②若实验中共用去Na₂S₂O₃标准溶液40.00mL，计算所得产品中的重铬酸钾的纯度（设整个过程中其它杂质不参与反应）

Answer 1

分析 （1）标注元素化合价变化，结合电子守恒和原子守恒配平书写化学方程式；
（2）高温条件下，二氧化硅与碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳；
（3）NaFeO₂能强烈水解，生成氢氧化铁沉淀；
（4）③调节后溶液的pH比原来降低，是因降低pH，促进水解平衡正向移动除去SiO₃^2-和AlO₂^-；
（5）CrO₄^2-和酸反应生成Cr₂O₇^2-和水；
（6）获得K₂Cr₂O₇晶体的操作依次是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到晶体；
（7）①达到滴定终点时颜色突变且30s不变色；
②由Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O、I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2- 可知，存在Cr₂O₇^2-～6S₂O₃^2-，以此计算．

解答 解：（1）FeO•Cr₂O₃在氢氧化钠溶液中被氯酸钾氧化生成Na₂CrO₄，Fe₂O₃、KCl、H₂O，Cr元素化合价+3价变化为+6价，铁元素化合价+2价变化为+3价，氯元素化合价+5价变化为-1价，电子转移守恒、原子守恒配平书写得到化学方程式为：6FeO•Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃=12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O，
故答案为：6FeO•Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃=12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O；
（2）二氧化硅与碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳，该反应为SiO₂+Na₂CO₃Na₂SiO₃+CO₂↑，
故答案为：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑；
（3）NaFeO₂能强烈水解，生成氢氧化铁沉淀，该水解反应为NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH，
故答案为：NaFeO₂+2H₂O=Fe（OH）₃↓+NaOH；
（4）③调节后溶液的pH比原来降低，是由于硅酸钠和偏铝酸钠在溶液中发生水解，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，
故答案为：由于硅酸钠和偏铝酸钠在溶液中发生水解，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；
（5）CrO₄^2-和酸反应生成Cr₂O₇^2-和水，转化方程式为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（6）操作⑤获得K₂Cr₂O₇晶体的操作依次是：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；
（7）①达到滴定终点时，当滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液，溶液蓝色褪去且半分钟内不再变化，
故答案为：当滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液，溶液蓝色褪去且半分钟内不再变化；
②由Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O、I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2- 可知，
存在Cr₂O₇^2-～6S₂O₃^2-，
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n 0.1200mol/L×0.040L
n=0.0008mol
250ml溶液中含有Cr₂O₇^2-物质的量为0.0008mol×$\frac{250}{25}$=0.008mol；
所得产品中重铬酸钾纯度=$\frac{0.008mol×294g/mol}{2.500g}$×100%=94.08%
答：纯度为94.08%．

点评 本题考查混合物的分离、提纯，明确流程中操作的目的是解答的关键，注意利用关系式计算，（5）为解答的难点，题目难度中等．