Question

4．紅礬鈉（重鉻酸鈉：Na₂Cr₂O₇•2H₂O）是重要的基本化工原料，應用領域十分廣泛．
（1）實驗室中紅礬鈉可用鉻鐵礦（主要成分：FeO•Cr₂O₃）利用以下過程來制�。�

①步驟I中反應的化學方程式為：
4FeO•Cr₂O₃（s）+8Na₂CO₃（s）+7O₂=8Na₂CrO₄（s）+2Fe₂O₃（s）+8CO₂
該反應的化學平衡常數的表達式為$\frac{c（C{O}_{2}）^{8}}{c（{O}_{2}）^{7}}$．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步驟II中所得溶液顯堿性，其中除含有Na₂C rO₄外還含有鋁、硅元素的化合物，它們的化學式可能是NaA1O₂[或NaA1（OH）₄]、Na₂SiO₃．
③步驟III需將溶液的pH調至7～8并煮沸，其目的是2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O．
④步驟Ⅳ中發生反應的離子方程式為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O    
（2）將紅礬鈉與KC1固體1：2（物質的量比）混合溶于水后經適當操作可得到K₂Cr₂O₇晶體，反應方程式為：Na₂CrO₄+2KCl=K₂Cr₂O₇+2NaCl（已知NaCl的溶解度受溫度影響小，K₂Cr₂O₇的溶解度受溫度影響大），基本實驗步驟為：①溶解；②蒸發；③趁熱過濾．④冷卻、結晶，過濾，得到K₂Cr₂O₇晶體．

Answer 1

分析 鉻礬鈉在碳酸鈉加熱條件下被氧氣氧化成鉻酸鈉，同時亞鐵離子被氧化成氧化鐵，再加氫氧化鈉溶液，過濾得鉻酸鈉溶液，將鉻酸鈉溶液用硫酸酸化可得重鉻酸鈉溶液，再經過蒸發濃縮降溫結晶可得重鉻酸鈉晶體，（1）①根據平衡常數的表達式及書寫要求寫出該反應的平衡常數；根據影響化學反應速率的因素進行判斷；
②鋁、硅的氧化物在堿性條件下能夠與氫氧根離子反應生成偏鋁酸鈉、硅酸鈉；
③步驟Ⅱ中鋁元素、硅元素以偏鋁酸根離子、硅酸根離子形式存在，通過條件pH后可以將硅酸根離子、偏鋁酸根離子轉化成沉淀而除去；
④步驟Ⅳ中CrO₄^2-在酸性條件下轉化成Cr₂O₇^2-，據此寫出反應的離子方程式；
（2）根據NaCl的溶解度受溫度影響小，K₂Cr₂O₇的溶解度受溫度影響大，可知，可以用降溫結晶的方法得到重鉻酸鈉．

解答 解：（1）①反應4FeO•Cr₂O₃（s）+8Na₂CO₃（s）+7O₂=8Na₂CrO₄（s）+2Fe₂O₃+8CO₂中，FeO•Cr₂O₃、Na₂CO₃、Na₂CrO₄、Fe₂O₃為固體，在平衡常數表達式中不需要出現，則該反應的平衡常數表達式為：K=$\frac{c（C{O}_{2}）^{8}}{c（{O}_{2}）^{7}}$，
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：$\frac{c（C{O}_{2}）^{8}}{c（{O}_{2}）^{7}}$；ABC；
②氧化鋁、二氧化硅能夠與氫氧根離子反應生成偏鋁酸鈉、硅酸鈉，則堿性條件下，鋁元素與硅元素的存在形式為NaAlO₂、Na₂SiO₃，
故答案為：NaA1O₂[或NaA1（OH）₄]、Na₂SiO₃；
③步驟Ⅲ需將溶液的pH調至7～8并煮沸，NaAlO₂、Na₂SiO₃等雜質可以以沉淀的形式除去，
故答案為：除去A1O^-₂、SiO₃^2-等雜質；
④該步驟是CrO₄^2-到Cr₂O₇^2-的轉化，反應的離子方程式為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O，
故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺=Cr₂O₇^2-+H₂O；
（2）根據Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇+2NaCl，向Na₂Cr₂O₇中加入KCl固體，加熱時重鉻酸鉀溶解度隨著溫度的升高而增大，但氯化鉀的溶解度受溫度的影響不大，則獲得K₂Cr₂O₇的操作方法分別為：溶解、蒸發、趁熱過濾、冷卻、結晶、過濾、干燥，
故答案為：蒸發； 趁熱過濾．

點評 本題考查了實驗方案的設計，題目難度中等，明確實驗目的為解答關鍵，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及化學實驗能力，注意掌握物質制備方案的設計原則．