Question

2．鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質，以下是以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）的流程圖：

已知：①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑
②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑
③Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺
根據題意回答下列問題：
（1）操作Ⅰ的名稱是過濾，固體X中主要含有Fe₂O₃、MgO（填寫化學式）；
（2）用醋酸調節溶液pH=7～8后再進行操作Ⅱ所得固體Y的成分為Al（OH）₃（寫化學式）．
（3）酸化步驟中調節溶液pH＜5時發生反應2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．若將將醋酸改用鹽酸，鹽酸會與Cr₂O₇^2-反應造成大氣污染并生成Cr³⁺雜質，該反應的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Cl^-+14H⁺=2 Cr³⁺+3Cl₂↑+7 H₂O．
（4）下表是相關物質的溶解度數據，操作III發生反應的化學方程式是Na₂Cr₂O₇+2KCl═K₂Cr₂O₇↓+2NaCl．該反應在溶液中能發生的理由是：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）．

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

（5）含鉻廢渣（廢水）的隨意排放對人類生存環境有極大的危害．電解法是處理鉻污染的一種方法，金屬鐵作陽極、石墨作陰極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，一段時間后產生Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀．
①電解法處理廢水的總反應如下，配平并填寫空缺：（已知產物中n（Fe（OH）₃）：n（H₂）=1：1）
6Fe+1Cr₂O₇^2-+2H⁺+17H₂O═6Fe（OH）₃↓+2Cr（OH）₃↓+6H₂↑；
②已知常溫下Cr（OH）₃的K_sp=6.4×10^-32mol⁴/l⁴，若Ⅰ類生活飲用水水質標準鉻含量最高限值是0.052mg/L，要使溶液中c（Cr³⁺）降到符合飲用水水質標準，須調節溶液的pH大于5.6．（已知lg2=0.3）

Answer 1

分析 鉻鐵礦通過焙燒，得到Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合體系，然后加水溶解，過濾分離，得到固體Fe₂O₃、MgO，濾液中含有Na₂CrO₄、NaAlO₂，再調節溶液的pH，使偏鋁酸鹽完全轉化為氫氧化鋁沉淀，過濾分離，濾液繼續調節pH使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化鉀，利用溶解度不同，從溶液中析出溶解度更小的K₂Cr₂O₇晶體．
（1）操作I是將互不相溶的固體與液態分離，由上述分析可知，固體X含有氧化鐵、氧化鎂；
（2）用醋酸調節溶液pH=7～8，使偏鋁酸鹽完全轉化為氫氧化鋁沉淀，再進行過濾分離而除去；
（3）Cr₂O₇^2-具有強氧化性，將氯離子氧化為氯氣，還原得到Cr³⁺；
（4）由表中溶解度數據，可知四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小，符合復分解反應條件；
（5）①由電荷守恒可知，缺項物質為H⁺，產物中n[Fe（OH）₃]：n（H₂）=1：1，設二者系數均為1，根據電子轉移守恒，計算Cr（OH）₃的系數，再利用電荷守恒、原子守恒配平，然后擴大倍數配平后離子方程式；
②鉻含量最高限值是0.052mg/L，則溶液中c（Cr³⁺）=1×10^-6mol/L，將c（Cr³⁺）代入K_sp=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）計算溶液中c（OH^-）的極小值，進而計算溶液pH最小值．

解答 解：鉻鐵礦通過焙燒，得到Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合體系，然后加水溶解，過濾分離，得到固體Fe₂O₃、MgO，濾液中含有Na₂CrO₄、NaAlO₂，再調節溶液的pH，使偏鋁酸鹽完全轉化為氫氧化鋁沉淀，過濾分離，濾液繼續調節pH使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化鉀，利用溶解度不同，從溶液中析出溶解度更小的K₂Cr₂O₇晶體．
（1）操作I是將互不相溶的固體與液態分離，采取過濾方法分離，由上述分析可知，固體X含有Fe₂O₃、MgO，
故答案為：過濾；Fe₂O₃、MgO；
（2）用醋酸調節溶液pH=7～8，使偏鋁酸鹽完全轉化為氫氧化鋁沉淀，再進行過濾分離而除去，操作Ⅱ所得固體Y的成分為Al（OH）₃，
故答案為：Al（OH）₃；
（3）Cr₂O₇^2-具有強氧化性，將氯離子氧化為氯氣，還原得到Cr³⁺，反應離子方程式為：Cr₂O₇^2-+6Cl^-+14H⁺=2 Cr³⁺+3Cl₂↑+7 H₂O，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Cl^-+14H⁺=2 Cr³⁺+3Cl₂↑+7 H₂O；
（4）由表中溶解度數據，可知K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小），符合復分解反應條件，故反應可以發生，
故答案為：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）；
（5）①由電荷守恒可知，缺項物質為H⁺，產物中n[Fe（OH）₃]：n（H₂）=1：1，設二者系數均為1，根據電子轉移守恒，Cr（OH）₃的系數為$\frac{1×3-1×2}{6-3}$=$\frac{1}{3}$，再利用電荷守恒、原子守恒、擴大倍數配平后離子方程式為：6Fe+Cr₂O₇^2-+2H⁺+17H₂O=6Fe（OH）₃↓+2Cr（OH）₃↓+6H₂↑，
故答案為：6，1，2H⁺，17，6，2，6；
②鉻含量最高限值是0.052mg/L，則溶液中c（Cr³⁺）=1×10^-6mol/L，由代入K_sp=c（Cr³⁺）×c³（OH^-），可知溶液中c（OH^-）的極小值為$\root{3}{\frac{6.4×1{0}^{-32}}{1×1{0}^{-6}}}$mol/L=4×10^-9mol/L，溶液pH最小值=-lg$\frac{1{0}^{-14}}{4×1{0}^{-9}}$=5.6，
故答案為：5.6．

點評 本題考查化學實驗制備方案，涉及對原理的分析評價、物質的分離提純、氧化還原反應配平、溶度積有關計算等，需要學生具備扎實的基礎，理解工藝流程原理是解題關鍵，難度中等．