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，以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）的工藝如下（部分操作和條件略）：
Ⅰ．將鉻鐵礦和碳酸鈉混合充分焙燒．
Ⅱ．焙燒后的固體加水浸取，分離得到溶液A和固體A．
Ⅲ．向溶液A中加入醋酸調pH約7～8，分離得到溶液B和固體B．
Ⅳ．再向溶液B中繼續(xù)加醋酸酸化，使溶液pH小于5．
Ⅴ．向上述溶液中加入氯化鉀，得到重鉻酸鉀晶體．
（1）Ⅰ中焙燒發(fā)生的反應如下，配平并填寫空缺：
①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂═8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑
②Na₂CO₃+Al₂O₃═2NaAlO₂+CO₂↑
（2）固體A中主要含有Fe₂O₃、MgO（填寫化學式）．
（3）已知重鉻酸鉀溶液中存在如下平衡：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．Ⅳ中調節(jié)溶液pH＜5時，其目的是由于存在反應平衡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-．．
（4）Ⅴ中發(fā)生反應的化學方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl═K₂Cr₂O₇↓+2NaCl
表是相關物質的溶解度數(shù)據(jù)：

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

①該反應能發(fā)生的理由是溫度對氯化鈉的溶解度影響小，但對重鉻酸鉀的溶解度影響較大，低溫下四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小，利用復分解反應在低溫下可以得到重鉻酸鉀．
②獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作有多步組成，依次是：加入KCl固體、加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到晶體．
（5）Ⅲ中固體B中主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質，精確分析固體B中氫氧化鋁含量的方法是：稱取n g樣品，加入過量氫氧化鈉溶液（填寫試劑名稱）、溶解、過濾、再通入過量的CO₂、…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(shù)為$\frac{26m}{17n}$（用含m、n的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）反應中Fe、Cr元素化合價升高，結合元素守恒可知缺陷物質為氧氣，F(xiàn)e元素化合價由+2價升高為+3價，Cr元素化合價由+3價升高為+6價，總升高+7價，O元素化合價由0價降低為-2價，共降低4價，化合價升降最小公倍數(shù)為28，故FeO•Cr₂O₃的系數(shù)為4，氧氣系數(shù)為7，再根據(jù)原子守恒配平；
（2）焙燒時MgO未反應，焙燒后的固體加水浸取，分離得到固體A為Fe₂O₃、MgO；
（3）根據(jù)平衡移動原理分析；
（4）①溫度對氯化鈉的溶解度影響小，但對重鉻酸鉀的溶解度影響較大，低溫下得到溶解度更小的物質；
②加入KCl固體后，利用溶解度不同，溫度對溶解度影響，經(jīng)過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥可以得到K₂Cr₂O₇晶體；
（5）固體B中主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質，為精確分析B中氫氧化鋁含量，先利用氫氧化鋁的兩性，用過量的氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁，過濾除去不溶物，向濾液中通入二氧化碳重新生成氫氧化鋁沉淀，灼燒得到氧化鋁固體，根據(jù)鋁元素守恒計算樣品中氫氧化鋁的質量，進而計算其質量分數(shù)．

解答 解：（1）反應中Fe、Cr元素化合價升高，結合元素守恒可知缺陷物質為氧氣，F(xiàn)e元素化合價由+2價升高為+3價，Cr元素化合價由+3價升高為+6價，總升高+7價，O元素化合價由0價降低為-2價，共降低4價，化合價升降最小公倍數(shù)為28，故FeO•Cr₂O₃的系數(shù)為4，氧氣系數(shù)為7，再根據(jù)原子守恒配平后方程式為：4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，
故答案為：4；8；7O₂；8；2；8；
（2）焙燒時MgO未反應，焙燒后的固體加水浸取，分離得到固體A為Fe₂O₃、MgO，
故答案為：Fe₂O₃、MgO；
（3）由于存在反應平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氫離子濃度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-，
故答案為：使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-；
（4）①溫度對氯化鈉的溶解度影響小，但對重鉻酸鉀的溶解度影響較大，低溫下四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小，利用復分解反應在低溫下可以得到重鉻酸鉀，
故答案為：溫度對氯化鈉的溶解度影響小，但對重鉻酸鉀的溶解度影響較大，低溫下四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小，利用復分解反應在低溫下可以得到重鉻酸鉀；
②加入KCl固體后，利用溶解度不同，溫度對溶解度影響，再經(jīng)過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥可以得到K₂Cr₂O₇晶體，
故答案為：加熱濃縮、冷卻結晶；
（5）固體B中主要含氫氧化鋁，還含少量鎂、鐵的難溶化合物及可溶性雜質，為精確分析B中氫氧化鋁含量，先利用氫氧化鋁的兩性，用過量的氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁，過濾除去不溶物，向濾液中通入二氧化碳重新生成氫氧化鋁沉淀，灼燒得到氧化鋁固體，
根據(jù)Al元素守恒，樣品中氫氧化鋁的質量分數(shù)=$\frac{\frac{mg}{102g/mol}×2×78g/mol}{ng}$=$\frac{26m}{17n}$，
故答案為：NaOH溶液；$\frac{26m}{17n}$．

點評 本題考查物質制備、物質含量測定、物質的分離提純、氧化還原反應、平衡移動原理等，注意對溶解度數(shù)據(jù)的分析運用，理解復分解反應本質，題目難度中等．