Question

重铬酸钾是工业生产和实验室的重要氧化剂，工业上常用铬铁矿（主要成分为FeO?Cr₂O₃，杂质为SiO₂、Al₂O₃）为原料生产，实验室模拟工业法用铬铁矿制K₂Cr₂O₇的主要工艺如下图．涉及的主要反应是：
6FeO?Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃═12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O

（1）碱浸前将铬铁矿粉碎的目的是

 

．
（2）步骤③调节pH后过滤得渣是

 

．
（3）操作④中，酸化时，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，写出平衡转化的离子方程式

 

．
（4）用简要的文字说明操作⑤加入KC1的原因

 

（5）目前处理酸性Cr₂O₇^2-废水多采用铁氧磁体法．该法是向废水中加入FeSO₄?7H₂O将Cr₂O₇^2-还原成Cr³⁺，调节pH，Fe、Cr转化成相当于FeⅡ[Fe

Ⅲ x

Cr

Ⅲ (2-x)

]O₄（铁氧磁体，罗马数字表示元素价态）的沉淀．处理1mol Cr₂O₇^2-，需加入a mol FeSO₄?7H₂O，下列结论正确的是

 

．Ⅲ
A．x=0.5，a=8      B．x=0.5，a=10   C．x=1.5，a=8        D．x=1.5，a=10．

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：工业上常用铬铁矿（主要成分为FeO?Cr₂O₃，杂质为SiO₂、Al₂O₃）为原料生产重铬酸钾：在反应器①中，6FeO?Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃═12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O，有Na₂CrO₄生成，同时Fe₂O₃转变为NaFeO₂，杂质SiO₂、Al₂O₃与纯碱反应转变为可溶性盐，NaFeO₂能强烈水解，为强碱弱酸液，水解呈碱性，生成氢氧化铁沉淀，反应的离子方程式为FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-，由于硅酸钠和偏铝酸钠在溶液中发生水解，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应方向移动，当pH调到7～8时能使它们完全水解生成沉淀，操作④中酸化时，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，常温下重铬酸钾的溶解度较小，操作⑤中利用Na₂Cr₂O₇+2KCl═K₂Cr₂O₇+2NaCl复分解反应，得到重铬酸钾．
（1）依据影响化学反应速率的因素分析，增大接触面积会加快反应速率；
（2）根据水解平衡移动判断产物；
（3）在酸性环境下，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，据此来书写方程式；
（4）操作⑤加入KCl的原因温度对氯化钠的溶解度影响小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大；
（5）根据氧化还原反应中得失电子数相等，再结合原子守恒进行计算．

解答： 解：工业上常用铬铁矿（主要成分为FeO?Cr₂O₃，杂质为SiO₂、Al₂O₃）为原料生产重铬酸钾：在反应器①中，6FeO?Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃═12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O，有Na₂CrO₄生成，同时Fe₂O₃转变为NaFeO₂，杂质SiO₂、Al₂O₃与纯碱反应转变为可溶性盐，NaFeO₂能强烈水解，为强碱弱酸液，水解呈碱性，生成氢氧化铁沉淀，反应的离子方程式为FeO₂^-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+OH^-，由于硅酸钠和偏铝酸钠在溶液中发生水解，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应方向移动，当pH调到7～8时能使它们完全水解生成沉淀，操作④中酸化时，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，常温下重铬酸钾的溶解度较小，操作⑤中利用Na₂Cr₂O₇+2KCl═K₂Cr₂O₇+2NaCl复分解反应，得到重铬酸钾．
（1）增大接触面积会加快反应速率，碱浸前将铭铁矿粉碎的作用是增大接触面积加快反应速率，
故答案为：增大接触面积，增大反应速率；
（2）由于硅酸钠和偏铝酸钠在溶液中发生水解，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应方向移动，当pH调到7～8时能使它们完全水解生成沉淀，
故答案为：H₂SiO₃、Al（OH）₃；
（3）在酸性环境下，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，即2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（4）操作⑤加入KCl的原因是：温度对氯化钠的溶解度影响小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大，利用Na₂Cr₂O₇+2KCl═K₂Cr₂O₇+2NaCl复分解反应，将溶液浓缩后，冷却，即有大量重铬酸钾结晶析出，氯化钠仍留在溶液中，可得到重铬酸钾，
故答案为：温度对氯化钠的溶解度影响小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大，利用复分解反应，可得到重铬酸钾；
（5）处理1mol Cr₂O₇^2-，需加入a mol FeSO₄?7H₂O，根据铬原子守恒得，1mol Cr₂O₇2-完全反应后生成

2

2-x

molFe^Ⅱ[Fe^Ⅲ_x?Cr^Ⅲ_2-x]O₄，根据铁原子守恒得amol=

2(1+x)

2-x

mol①，
该反应中得失电子数相等，1mol×2×3=

2

2-x

mol×（3-2）×x，解得x=1.5，将x=1.5代入①得a=10，
故答案为：D．

点评：本题考查较为综合，涉及氧化还原反应、溶解平衡等问题，理解工艺流程以及根据转移电子数相等及原子守恒来分析解答是关键，需要学生具有阅读题目获取信息能力和灵活运用基础知识分析问题、解决问题能力，题目难度中等．