Question

化工厂铬渣中含有Na₂SO₄及少量Cr₂O₇^2-、Fe³⁺，图1是从铬渣提取Na₂SO₄和利用副产品制取FeCl₃的工艺流程．已知：Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5mol?L^-1）时pH分别为3.6和5．

（1）①操作C加硫酸酸化而不选用盐酸的原因是

 

．
②酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-还原成Cr³⁺，离子方程式为

 

．
③根据图2溶解度（S）∽温度（T）曲线，操作B的最佳方法为

 

（填字母序号）．
A．蒸发浓缩，冷却结晶，过滤
B．蒸发浓缩，趁热过滤
④温度相同时K_sp[Cr（OH）₃]

 

K_sp[Fe（OH）₃]（填“＞”或“＜”）
（2）已知FeCl₃从溶液中析出的是FeCl₃?6H₂O，在空气中直接加热FeCl₃?6H₂O晶体得不到纯的无水FeCl₃，原因是

 

（用化学方程式表示）．由FeCl₃?6H₂O晶体得到纯的无水FeCl₃的合理方法是

 

．
（3）图3所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl₃，仪器连接顺序正确的是

 

．
A．a-b-c-d-e-e-f-g-h         
B．a-c-b-d-e-h-i-f
C．a-d-e-c-b-h-i-g           
D．a-e-d-c-b-h-i-g
若以KMnO₄和浓盐酸为原料来制取Cl₂，并希望能控制反应速率，图4最适合的装置是

 

（已知：2KMnO₄+16HCl（浓）=2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）①酸性条件下Cr₂O₇^2-能把Cl^-氧化为氯气；
②酸性条件下，Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-还原成Cr³⁺，SO₃^2-被氧化为SO₄^2-；
③趁热过滤的目的是有利于硫酸钠结晶析出，可以防止Na₂Cr₂O₇?2H₂O结晶析出；
④Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5mol?L^-1）时pH分别为3.6和5，分别计算二者的Ksp，然后比较；
（2）氯化铁中铁离子水解生成氢氧化铁，得不到纯净的氯化铁；应在氯化氢气流中加热失去结晶水；
（3）实验室制备少量无水FeCl₃需要用纯净、干燥的氯气在加热条件下与铁粉反应，在此过程中应注意氯气制取后的除杂和干燥，以及与铁粉反应后氯气尾气的处理等问题即可解答；KMnO₄和浓盐酸为原料来制取Cl₂，不需要加热，为了便于控制反应，应该选用分液漏斗加盐酸，为了使液体容易滴下应该用导管连通分液漏斗和烧瓶．

解答： 解：（1）①酸性条件下Cr₂O₇^2-能把Cl^-氧化为氯气，氯气有毒会污染空气，同时生成NaCl引入杂质使得到的硫酸钠不纯；
故答案为：酸性环境Cl^-被Cr₂O₇^2-氧化生成Cl₂污染环境，引入NaCl杂质导致产品不纯；
②酸性条件下，Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-还原成Cr³⁺，SO₃^2-被氧化为SO₄^2-，离子方程式为3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；
故答案为：3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；
③根据如图2溶解度（S）～温度（T）曲线，操作B的最佳方法为 先将混合溶液蒸发浓缩，趁热过滤，趁热过滤的目的是有利于硫酸钠结晶析出，可以防止Na₂Cr₂O₇?2H₂O结晶析出，
故答案为：B；
④Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5mol?L^-1）时pH分别为3.6和5，则K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-5×（10^-9）³=1.0×10^-32，
K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-5×（10^-10.4）³=1.0×10^-36.2，则K_sp[Cr（OH）₃]＞K_sp[Fe（OH）₃]；
故答案为：＞；
（2）在空气中直接加热FeCl₃?6H₂O晶体得不到纯的无水FeCl₃，原因是在空气中直接加热FeCl₃?6H₂O晶体会发生水解生成氢氧化铁和HCl，即FeCl₃?6H₂O

△   .

Fe（OH）₃+3HCl↑+3H₂O，为了抑制其水解应该在干燥的HCl气流中加热脱水；
故答案为：FeCl₃?6H₂O

△   .

Fe（OH）₃+3HCl↑+3H₂O；在干燥的HCl气流中加热脱水；
（3）实验室制备少量无水FeCl₃需要用纯净、干燥的氯气在加热条件下与铁粉反应，故首先要制备氯气，故最先使用的仪器是a；
制取出的氯气中有HCl和水蒸气，应先用饱和食盐水洗气除去HCl，而洗气时，气体要长进短出，故接下来的气流的方向是e→d；
然后用浓硫酸干燥氯气，故接下来的气流的方向是c→b；
制取了纯净干燥的氯气后，通入铁粉，在加热条件下与铁粉反应，故接下来连h；
氯气是污染性气体，对空气有污染，故应连接尾气处理装置，考虑到氯气是酸性气体，故要用碱液来吸收，故接下来通入NaOH 溶液，气流的方向是g→f；
故仪器连接顺序正确的是a-e-d-c-b-h-i-g，故D正确；
KMnO₄和浓盐酸为原料来制取Cl₂，不需要加热，为了便于控制反应，应该选用分液漏斗滴加盐酸，为了使液体容易滴下应该用导管连通分液漏斗和烧瓶，使分液漏斗与烧瓶中压强相同，所以只有④符合．
故答案为：D；④．

点评：本题综合考查了离子方程式的书写、氧化还原反应、沉淀溶解平衡和Ksp的有关计算、水解原理的应用、实验方案设计等内容，侧重于有关原理和基础知识的综合应用的考查，分析时要根据题给信息，结合相关原理进行解答，题目难度中等．