Question

9．重鉻酸鉀是工業生產和實驗室的重要氧化劑，工業上常用鉻鐵礦（主要成分為FeO•Cr₂O₃，雜質為SiO₂、Al₂O₃）為原料生產，實驗室模擬工業法用鉻鐵礦制K₂Cr₂O₇的主要工藝如圖．涉及的主要反應是
6FeO•Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O．

（1）堿浸前將鉻鐵礦粉碎的作用增大接觸面積、加快反應速率．
（2）反應器①中除發生題中所給反應外，請寫出其它兩個化學方程式（要求兩個反應中反應物均不相同）Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑（或SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑）；SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O （或Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O）．③中調節pH=7-8所得濾渣為H₂SiO₃、Al（OH）₃．
（3）從平衡角度分析④中酸化的原理2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O中增大氫離子濃度平衡向右移動；
（4）用簡要的文字說明操作⑤加入KCl能得到K₂Cr₂O₇晶體的原因是K₂Cr₂O₇溶解度較小且受溫度影響較大．
（5）稱取重鉻酸鉀試樣2.500g配成250mL溶液，取出25.00mL于碘量瓶中，向其中加入10mL2mol/LH₂SO₄和足量碘化鉀（鉻的還原產物為Cr³⁺），放于暗處5min．然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示劑，用0.1200mol/LNa₂S₂O₃標準溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）
①判斷達到滴定終點的依據是滴加最后一滴硫代硫酸鈉溶液，溶液藍色褪色，且振蕩后半分鐘內不恢復；
②若實驗中共用去Na₂S₂O₃標準溶液40.00mL，則所得產品中重鉻酸鉀的純度為（設整個過程中其它雜質不參加反應）94%（保留2位有效數字）．

Answer 1

分析 將鉻酸礦粉碎目的是增大反應物接觸面積，加快反應速率，然后向反應器中加入純堿、NaOH、KClO₃，發生反應6FeO•Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O、SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、2KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KCl+3O₂↑、Fe₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O、Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，然后浸取，Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaAlO₂、KCl都易溶于水，Fe₂O₃難溶于水，NaFeO₂在水溶液中發生水解生成Fe（OH）₃，然后過濾，得到濾液中含有Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaAlO₂、KCl，調節溶液pH為7-8，由于硅酸鈉和偏鋁酸鈉在溶液中發生水解，離子方程式為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應方向移動，當pH調到7～8時能使它們完全水解生成沉淀H₂SiO₃、Al（OH）₃，向濾液中加入酸進行酸化，離子方程式為2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，然后向溶液中加入KCl，進行濃縮、過濾、晾干得到K₂Cr₂O₇，說明溶液中K₂Cr₂O₇溶解度小于Na₂Cr₂O₇，據此分析解答．

解答 解：將鉻酸礦粉碎目的是增大反應物接觸面積，加快反應速率，然后向反應器中加入純堿、NaOH、KClO₃，發生反應6FeO•Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O、SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、2KClO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KCl+3O₂↑、Fe₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O、Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，然后浸取，Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaAlO₂、KCl都易溶于水，Fe₂O₃難溶于水，NaFeO₂在水溶液中發生水解生成Fe（OH）₃，然后過濾，得到濾液中含有Na₂CrO₄、Na₂SiO₃、NaAlO₂、KCl，調節溶液pH為7-8，由于硅酸鈉和偏鋁酸鈉在溶液中發生水解，離子方程式為SiO₃^2-+H₂O?HSiO₃^-+OH^-、HSiO₃^-+H₂O?H₂SiO₃+OH^-、AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，降低pH有利于水解平衡向正反應方向移動，當pH調到7～8時能使它們完全水解生成沉淀H₂SiO₃、Al（OH）₃，向濾液中加入酸進行酸化，離子方程式為2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，然后向溶液中加入KCl，進行濃縮、過濾、晾干得到K₂Cr₂O₇，說明溶液中K₂Cr₂O₇溶解度小于Na₂Cr₂O₇，
（1）固體反應時接觸面積越大反應速率越快，所以堿浸前將鉻鐵礦粉碎的作用是增大接觸面積、加快反應速率，故答案為：增大接觸面積、加快反應速率；
（2）反應器①中除發生題中所給反應外，請寫出其它兩個化學方程式（要求兩個反應中反應物均不相同）為SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O或Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O；
通過以上分析知，③中調節pH=7-8所得濾渣為H₂SiO₃、Al（OH）₃，
故答案為：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑（或Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O）；Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑（或SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O）；H₂SiO₃；Al（OH）₃；
（3）④中離子方程式為2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，酸化時平衡向正反應方向移動，有利于生成Na₂Cr₂O₇，故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O中增大氫離子濃度平衡向右移動；
（4）⑤加入KCl能得到K₂Cr₂O₇晶體說明K₂Cr₂O₇溶解度較小且受溫度影響較大，故答案為：K₂Cr₂O₇溶解度較小且受溫度影響較大；
（5）①判斷達到滴定終點的依據是滴加最后一滴硫代硫酸鈉溶液，溶液藍色褪色，且振蕩后半分鐘內不恢復，故答案為：滴加最后一滴硫代硫酸鈉溶液，溶液藍色褪色，且振蕩后半分鐘內不恢復；
②反應Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O；I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-可得反應的關系式為Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-，設配制的25.00mL重鉻酸鉀溶液中重鉻酸鉀的物質的量為nmol，
Cr₂O₇^2-～3I₂～6S₂O₃^2-
1           6
n   0.1200mol/L×0.04L
1：6=n：（0.1200mol/L×0.04L）
n=$\frac{0.1200mol/L×0.04L×1}{6}$=0.0008mol，
則250mL重鉻酸鉀溶液中重鉻酸鉀的物質的量為0.008mol，
重鉻酸鉀的純度=$\frac{0.008mol×294g/mol}{2.500g}×100%$=94%，
故答案為：94%．

點評 本題考查物質制備實驗方案設計，涉及物質分離和提純、物質純度的滴定實驗等知識點，綜合性較強，側重考查學生分析、計算能力，能從整體上把握分析發生的反應、實驗操作方法是解本題關鍵，知道每一步發生的反應及物質的性質，題目難度中等．