Question

3．K₂Cr₂O₇在皮革工业中有重要的用途，同时也是产生污染的重要原因．铬铁矿的主要成分可表示为FeO•Cr₂O₃，还含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等杂质，图1是以铬铁矿为原料制备重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）的流程图：

已知：①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；   ③Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺
根据题意回答下列问题：
（1）固体X中主要含有Fe₂O₃、MgO（填写化学式）；要检测酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，应该使用pH计或精密pH试纸（填写仪器或试剂名称）．
（2）酸化步骤中用醋酸调节溶液pH＜5，其目的是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-．
（3）如表是相关物质的溶解度数据，操作Ⅲ发生反应的化学方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl→K₂Cr₂O₇↓+2NaCl．

物质	溶解度/（g/100g水）
	0°C	40°C	80°C
KCl	28	40.1	51.3
NaCl	35.7	36.4	38
K2Cr2O7	4.7	26.3	73
Na2Cr2O7	163	215	376

该反应在溶液中能发生的理由是K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）．
（4）副产品Y主要含氢氧化铝，还含少量镁、铁的难溶化合物及可溶性杂质，精确分析Y中氢氧化铝含量的方法是称取ng样品，加入过量NaOH溶液（填写试剂）、溶解、过滤、再通入过量二氧化碳（填写试剂）、…灼烧、冷却、称量，得干燥固体m g．计算样品中氢氧化铝的质量分数为$\frac{m}{n}$（用含m、n的代数式表示）．
（5）用电解法除去含Cr₂O₇^2-的酸性废水方法是：用Fe做电极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，随着解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）₃沉淀．用Fe做电极的原因为（结合电极反应解释，下同）阳极反应为Fe-2e^-=Fe²⁺，提供还原剂Fe²⁺，在阴极附近溶液pH升高的原因是2H⁺+2e^-=H₂↑，氢离子放电使OH^-浓度增大．

Answer 1

分析 铬铁矿通过焙烧，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合体系，然后水浸、过滤得固体X为Fe₂O₃、MgO的混合物和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，再调节溶液的PH，使偏铝酸盐完全沉淀，经过滤得固体Y为Al（OH）₃，继续调节溶液的PH使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化钾，生成溶解度极小的K₂Cr₂O₇，采用过滤方法得到K₂Cr₂O₇晶体，
（1）依据流程图和题干反应分析判断固体X的成分，通常PH试纸只能测定溶液PH的整数，测定PH是小数的需要用精确试纸或pH计；
（2）结合流程图和反应过程中得到物质分析，酸化步骤用醋酸调节溶液pH＜5为了转化CrO₄^2-离子为Cr₂O₇^2-；
（3）依据物质溶解度比较分析，反应向溶解度晓得方向进行；
（4）利用氢氧化铝是两性氢氧化物和强碱反应溶解，少量镁、铁的难溶化合物不溶解；分离提取溶液中的偏铝酸钠可以根据实验室制取氢氧化铝沉淀的方法进行，通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀；灼烧后得到氧化铝，依据元素守恒计算得到；
（5）阳极是活性电极时，阳极本身失电子，生成阳离子；溶液PH升高的原因是溶液中氢离子浓度减少，即氢离子在阴极得电子，PH升高，氢氧根离子浓度增大，离子浓度幂的乘积大于溶度积，所以金属阳离子会生成氢氧化物沉淀；

解答 解：铬铁矿通过焙烧，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合体系，然后水浸、过滤得固体X为Fe₂O₃、MgO的混合物和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，再调节溶液的PH，使偏铝酸盐完全沉淀，经过滤得固体Y为Al（OH）₃，继续调节溶液的PH使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化钾，生成溶解度极小的K₂Cr₂O₇，采用过滤方法得到K₂Cr₂O₇晶体，
（1）操作Ⅰ是过滤得到固体X为Fe₂O₃、MgO，要检测酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，普通pH试纸只能测定溶液pH到整数，是近似测定，准确测定需要用pH计或精确pH试纸，
故答案为：Fe₂O₃、MgO；pH计或精密pH试纸；
（2）酸化步骤用醋酸调节溶液pH＜5，依据流程图中物质的转化和制备目的可知，结合反应平衡Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，加入酸，氢离子浓度增大，平衡左移，作用是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，
故答案为：使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-；
（3）依据图表物质的溶解度分析对比，操作Ⅲ发生反应的化学方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl；说明K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小），
故答案为：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四种物质中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）；
（4）副产品Y主要含氢氧化铝，还含少量镁、铁的难溶化合物及可溶性杂质，精确分析Y中氢氧化铝含量的方法是先利用氢氧化铝的两性，用氢氧化钠溶液溶解氢氧化铝过滤得到滤液中通入二氧化碳生成氢氧化铝沉淀，灼烧干燥得到氧化铝干燥固体m g，依据铝元素守恒计算，样品中氢氧化铝的质量分数=$\frac{\frac{mg}{156g/mol}×2×78g/mol}{ng}$=$\frac{m}{n}$，
故答案为：NaOH溶液；通入过量二氧化碳；$\frac{m}{n}$；
（5）在电解法除铬中，铁作阳极，阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺，以提供还原剂Fe²⁺，在阴极附近溶液pH升高的原因是水电离产生的H⁺放电生成H₂：2H⁺+2e^-═H₂↑，氢离子放电使OH^-浓度增大，
故答案为：阳极反应为Fe-2e^-=Fe²⁺，提供还原剂Fe²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑，氢离子放电使OH^-浓度增大．

点评 本题考查了物质制备流程和方案的分析判断，物质性质的应用，题干信息的分析理解，操作步骤的注意问题和基本操作方法是解题关键，题目难度中等．