Question

3．鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質．
以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）、重鉻酸鈉（Na₂Cr₂O₇）的過程如下圖所示．

已知：①NaFeO₂遇水強烈水解：NaFeO₂+2H₂O=NaOH+Fe（OH）₃↓；
②Cr₂O₇^2-+H₂O═2CrO₄^2-+2H⁺． 請回答：
（1）“焙燒”后的固體產物成分除Na₂CrO₄、NaFeO₂外，還有NaAlO₂、Na₂SiO₃（填化學式）
等．寫出“焙燒”過程中所發生的氧化還原反應的化學方程式4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂．
（2）“焙燒”過程中，所產生X氣體的電子式為．
（3）“水浸”步驟中，為了提高浸出率，可采取的措施有（請寫出兩條）：加熱；攪拌、研磨或延長浸出時間等．
（4）濾渣1的主要成分是Fe（OH）₃．若要進一步分離濾渣2 中的可酸溶成分，請寫出酸溶時發生反應的離子方程式Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+H₂O．
（5）含Na₂Cr₂O₇的“混合溶液”經過蒸發并冷卻至30～40℃得到的Na₂Cr₂O₇晶體還要進行重結晶，其目的是進一步減少晶體中雜質Na₂SO₄（填化學式）的含量．
（6）操作Ⅲ由多步組成，向含Na₂Cr₂O₇的母液中加入KCl固體，最終獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、75%乙醇水溶液洗滌、干燥．

Answer 1

分析 鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質，將鉻鐵礦和碳酸鈉、氧氣混合焙燒，發生反應4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂、Na₂CO₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、Na₂CO₃+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑，根據方程式知，生成的氣體X是二氧化碳；
然后水浸、過濾得到濾渣1和濾液1，根據信息①知，液1中溶質是Na₂CrO₄、NaAlO₂、NaOH，濾渣1為Fe（OH）₃；將濾液1通入X氣體，溶液中偏鋁酸鈉和NaOH與二氧化碳溶液生成碳酸鈉和氫氧化鋁，然后過濾得到濾液2和濾渣2，濾渣2是Al（OH）₃，濾液中含有Na₂CrO₄、Na₂CO₃和Na₂SO₄，調節溶液的pH＜5，根據信息②知，溶質變為Na₂Cr₂O₇，將混合溶液蒸發濃縮、冷卻結晶得到Na₂Cr₂O₇晶體，將晶體溶于母液，然后加入KCl固體，因為Na₂Cr₂O₇的溶解度大于K₂Cr₂O₇，所以得到K₂Cr₂O₇晶體，采用過濾方法得到K₂Cr₂O₇晶體，
（1）根據發生的反應確定固體產物成分；FeO•Cr₂O₃和氧氣發生氧化還原反應；
（2）通過以上分析知，X是二氧化碳，二氧化碳是共價化合物，每個O原子和C原子形成2對共用電子對；
（3）增大反應速率的方法有：升高溫度、增大反應物接觸面積等；
（4）結合題給信息確定濾渣成分；氫氧化鋁易溶于強酸、強堿溶液；
（5）得到的溶液中溶質還有硫酸鈉；
（6）從溶液中獲取溶質，需要蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．

解答 解：鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質，將鉻鐵礦和碳酸鈉、氧氣混合焙燒，發生反應4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂、Na₂CO₃+Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaAlO₂+CO₂↑、Na₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑、Na₂CO₃+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2NaFeO₂+CO₂↑，根據方程式知，生成的氣體X是二氧化碳；
然后水浸、過濾得到濾渣1和濾液1，根據信息①知，液1中溶質是Na₂CrO₄、NaAlO₂、NaOH，濾渣1為Fe（OH）₃；將濾液1通入X氣體，溶液中偏鋁酸鈉和NaOH與二氧化碳溶液生成碳酸鈉和氫氧化鋁，然后過濾得到濾液2和濾渣2，濾渣2是Al（OH）₃，濾液中含有Na₂CrO₄、Na₂CO₃和Na₂SO₄，調節溶液的pH＜5，根據信息②知，溶質變為Na₂Cr₂O₇，將混合溶液蒸發濃縮、冷卻結晶得到Na₂Cr₂O₇晶體，將晶體溶于母液，然后加入KCl固體，因為Na₂Cr₂O₇的溶解度大于K₂Cr₂O₇，所以得到K₂Cr₂O₇晶體，采用過濾方法得到K₂Cr₂O₇晶體，
（1）通過以上分析知，“焙燒”后的固體產物成分除Na₂CrO₄、NaFeO₂外，還有NaAlO₂、Na₂SiO₃；焙燒過程中發生的氧化還原反應為4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂，
故答案為：NaAlO₂、Na₂SiO₃；4FeO•Cr₂O₃+7O₂+10Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+4NaFeO₂+10CO₂；
（2）通過以上分析知，生成的氣體是二氧化碳，其電子式為，故答案為：；
（3）“水浸”步驟中，為了提高浸出率，可采取的措施有加熱、攪拌、研磨或延長浸出時間等，
故答案為：加熱、攪拌、研磨或延長浸出時間等；
（4）通過以上分析知，濾渣1的主要成分是Fe（OH）₃；濾渣2中可酸溶成分是氫氧化鋁，氫氧化鋁和酸反應生成鋁離子和水，離子方程式為Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+H₂O，
故答案為：Fe（OH）₃ ；Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+H₂O；
（5）含Na₂Cr₂O₇的“混合溶液”經過蒸發并冷卻至30～40℃得到的Na₂Cr₂O₇晶體還要進行重結晶，其目的是進一步減少晶體中雜質Na₂SO₄的含量，
故答案為：Na₂SO₄；
（6）從溶液中獲取晶體的方法是蒸發濃縮、冷卻結晶，故答案為：蒸發濃縮；冷卻結晶．

點評 本題考查物質的分離和提純，為高頻考點，側重考查學生分析、自學及信息利用能力，明確流程圖中每一步發生的反應及操作方法是解本題關鍵，結合題給信息解答，題目難度中等．