Question

3．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{一定條件}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{一定條件}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；
根據題意回答下列問題：
（1）操作I在常溫下該反應速度極慢，下列措施中能使反應速率增大的是ABC．
A．升高溫度       B．通入過量的空氣    C．將原料粉碎   D．增加純堿的用量
（2）固體X中主要含有Fe₂O₃、MgO（填寫化學式）；
（3）酸化步驟用鹽酸調節溶液pH＜5，并煮沸其目的是Cr₂O₇^2-+H₂O═2CrO₄^2-+2H⁺．（離子方程式表示）
（4）操作 iv有多步組成，獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
（5）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）．（文字說明）

物質	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）副產品Y主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質，精確分析Y中氫氧化鋁含量的方法是稱取n g樣品，加入過量NaOH溶液（填寫試劑）、溶解、過濾、再通入過量二氧化碳（填寫試劑）、…灼燒、冷卻、稱量，得干燥固體m g．計算樣品中氫氧化鋁的質量分數為$\frac{26m}{17n}$（用含m、n的代數式表示）．

Answer 1

分析 鉻鐵礦通過焙燒4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{一定條件}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑，Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{一定條件}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合體系，然后加水溶解經操作Ⅱ得固體X為：Fe₂O₃、MgO和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，再調節溶液的PH，使偏鋁酸鹽完全沉淀，操作Ⅲ得到Y為氫氧化鋁，繼續調節溶液的PH使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化鉀，Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl，生成溶解度極小的K₂Cr₂O₇，結晶得到晶體．
（1）根據影響化學反應速率的因素進行判斷；
（2）依據流程圖和題干反應分析判斷固體X中主要含有Fe₂O₃、MgO；
（3）結合流程圖和反應過程中得到物質分析，酸化步驟用醋酸調節溶液pH＜5為了轉化CrO₄^2-離子為Cr₂O₇^2-；
（4）溶液中得到溶質晶體的方法是蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌步驟分析回答；
（5）依據物質溶解度比較分析，反應向溶解度小的方向進行；
（6）利用氫氧化鋁是兩性氫氧化物和強堿反應溶解，少量鎂、鐵的難溶化合物不溶解；分離提取溶液中的偏鋁酸鈉可以根據實驗室制取氫氧化鋁沉淀的方法進行，通入二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀；灼燒后得到氧化鋁，依據元素守恒計算得到．

解答 解：（1）A．升高溫度，可以加快反應速率，故A正確；
B．通入過量的空氣，增大了氧氣的量，可以加快反應速率，故B正確；
C．將原料粉碎，增大了接觸面積，可以加快反應速率，故C正確；
D．純堿是固體，不涉及濃度問題，所以改變純堿的量，不能改變反應速率，故D錯誤；
故答案為：ABC；
（2）鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質，加入氧氣和碳酸鈉，發生反應為：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{一定條件}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{一定條件}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，操作Ⅰ是過濾得到固體X為Fe₂O₃、MgO，
故答案為：Fe₂O₃、MgO；
（3）酸化步驟用醋酸調節溶液pH＜5，依據流程圖中物質的轉化和制備目的可知，結合反應平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氫離子濃度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-，
故答案為：Cr₂O₇^2-+H₂O═2CrO₄^2-+2H⁺；
（4）操作Ⅲ有多步組成，獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發濃縮，冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到晶體，
故答案為：冷卻結晶；過濾；
（5）依據圖表物質的溶解度分析對比，操作Ⅲ發生反應的化學方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl；說明K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小），
故答案為：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）；
（6）副產品Y主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質，精確分析Y中氫氧化鋁含量的方法是先利用氫氧化鋁的兩性，用氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁過濾得到濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，灼燒干燥得到氧化鋁干燥固體m g，依據鋁元素守恒計算，樣品中氫氧化鋁的質量分數=$\frac{\frac{m}{102g/mol}×2×78g/mol}{ng}$×100%=$\frac{26m}{17n}$，
故答案為：NaOH溶液；通入過量二氧化碳；$\frac{26m}{17n}$．

點評 本題考查了物質制備流程和方案的分析判斷，物質性質的應用，題干信息的分析理解，操作步驟的注意問題和基本操作方法是解題關鍵，題目難度中等．