Question

9．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═8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃═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．
（2）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K₂CrO₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇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

（3）操作Ⅲ有多步組成，獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KC1固體、蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
（4）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、再通入足量CO₂氣體、…、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$\frac{26n}{17m}$×100%（用含m、n的代數式表示）．
（5）稱取重鉻酸鉀試樣2.500g配成250mL溶液，取出25mL于碘量瓶中，加入10mL 2mol/L H₂SO₄和足量碘化鉀，放于暗處5min．然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示劑，用0.1000mol/LNa₂S₂O₃標準溶液滴定．若實驗中共用去Na₂S₂O₃標準溶液47.40mL，則所得產品中重鉻酸鉀的純度為92.9%．（保留3位有效數字）已知：①K₂Cr₂O₇的摩爾質量為294g/mol
②Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺═2Cr³⁺+3I₂+7H₂O；
I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-．

Answer 1

分析 鉻鐵礦通過焙燒，發生的反應有4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂ $\frac{\underline{\;750℃\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑、Na₂CO₃+Al₂O₃ 2NaAlO₂+CO₂↑，所以得到的固體中含有Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂，然后加水溶解得固體Fe₂O₃、MgO和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，難溶性固體和溶液采用過濾方法分離，所以操作I是過濾，得到的X成分為Fe₂O₃、MgO，濾液中成分是Na₂CrO₄、NaAlO₂；向濾液中加入醋酸并調節溶液的pH為7-8，使偏鋁酸鹽完全轉化為Al（OH）₃沉淀，然后采用過濾方法除去氫氧化鋁沉淀，所以操作II是過濾，得到的Y為Al（OH）₃，繼續調節溶液的pH為小于5，使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化鉀，生成溶解度極小的K₂Cr₂O₇，
（1）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法；
（2）溶解度大的物質能轉化為溶解度小的物質；
（3）從溶液中獲取晶體的方法是：加入KC1固體、蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；
（4）氫氧化鋁能溶于強堿溶液，向溶液中通入過量二氧化碳，能將偏鋁酸鹽轉化為Al（OH）₃沉淀，灼燒氫氧化鋁固體得到Al₂O₃，再根據Al原子守恒計算其含量；
（5）根據I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-中碘和硫代硫酸根離子之間關系式計算碘的物質的量，再根據Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O中碘和Cr₂O₇^2-之間的關系式計算Cr₂O₇^2-的量，從而計算其純度．

解答 解：鉻鐵礦通過焙燒，發生的反應有4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂ $\frac{\underline{\;750℃\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑、Na₂CO₃+Al₂O₃ $\frac{\underline{\;750℃\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑，所以得到的固體中含有Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂，然后加水溶解得固體Fe₂O₃、MgO和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，難溶性固體和溶液采用過濾方法分離，所以操作I是過濾，得到的X成分為Fe₂O₃、MgO，濾液中成分是Na₂CrO₄、NaAlO₂；
向濾液中加入醋酸并調節溶液的pH為7-8，使偏鋁酸鹽完全轉化為Al（OH）₃沉淀，然后采用過濾方法除去氫氧化鋁沉淀，所以操作II是過濾，得到的Y為Al（OH）₃，繼續調節溶液的pH為小于5，使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化鉀，生成溶解度極小的K₂Cr₂O₇，
（1）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法，通過以上分析知，操作I為過濾，
故答案為：過濾；
（2）溶解度大的物質能轉化為溶解度小的物質，根據表中數據知，四種物質中K₂Cr₂0₇的溶解度最小，Na₂Cr₂0₇的溶解度比K₂Cr₂0₇大，所以在溶液中能發生反應Na₂Cr₂0₇+2KCl=K₂Cr₂0₇↓+2NaCl，
故答案為：K₂CrO₇ 的溶解度比Na₂Cr₂O₇小；
（3）從溶液中獲取晶體的方法是：加入KC1固體、蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，
故答案為：冷卻結晶；洗滌；
（4）氫氧化鋁能溶于強堿溶液，所以溶解氫氧化鋁的試劑是NaOH溶液；向溶液中通入過量二氧化碳，能將偏鋁酸鹽轉化為Al（OH）₃沉淀，灼燒氫氧化鋁固體得到Al₂O₃，n（Al₂O₃）=$\frac{ng}{102g/mol}$，根據Al原子守恒得n[Al（OH）₃]=2n（Al₂O₃）=$\frac{n}{51}$mol，則氫氧化鋁質量分數=$\frac{\frac{n}{51}mol×78g/mol}{mg}$×100%=$\frac{26n}{17m}$×100%，
故答案為：NaOH溶液；CO₂； $\frac{26n}{17m}$×100%；
（5）根據I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-中碘和硫代硫酸根離子之間關系式得n（I₂）=$\frac{0.1000mol/L×0.0474L}{2}$×1=0.00237mol，再根據Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O得n（Cr₂O₇^2-）=$\frac{1}{3}$n（I₂）=$\frac{1}{3}$×0.00237mol=0.00079mol，250mL重鉻酸鉀中n（Cr₂O₇^2-）=0.0079mol，
m（K₂Cr₂O₇）=0.0079mol×294g/mol=2.3226g，
其純度=$\frac{2.3226g}{2.5g}$×100%=92.9%，
故答案為：92.9%．

點評 本題考查物質的制備、物質含量的測定等知識點，為高考高頻點，側重考查基本操作、元素化合物知識、計算能力等，明確流程圖中每一步發生的反應及操作方法，難點是（5）題計算，正確判斷重鉻酸鉀和硫代硫酸根離子之間關系即可解答，題目難度中等．