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5.工業(yè)上常采用固體堿熔氧化法用鉻鐵礦粉 制備重鉻酸鉀,鉻鐵礦的主要成分為 FeO•Cr2O3,還含 有 SiO2、Al2O3 等雜質.實驗室現欲模擬此過程,具體流 程如下:

已知:①NaFeO2 遇水強烈水解;②重鉻酸鉀為橙紅色三斜晶體或針狀晶體,溶于水,不溶于乙醇,有 強氧化性;③2CrO4 2-+2H+?Cr2O7 2-+H2O.請回答以下問題:
(1)灼燒操作一般在坩堝中進行,下列物質適合用來制作此實驗坩堝材料的是A
A.鐵 B.氧化鋁 C.石英 D.陶瓷
(2)鉻鐵礦經粉碎處理的目的是增大反應物的表面積,加快反應速率
(3)濾渣 1 為紅褐色固體,濾液 1 的成分除 Na2CrO4、NaOH 外,還含有(填化學式) 實驗中將濾液 1 調節(jié) pH=7~8 的目的是促進AlO2-、和SiO32-水解轉化為Al(OH)3、H2SiO3沉淀.
(4)通過途徑 I 從 Na2CrO4溶液中獲得 K2Cr2O7晶體,必須進行的操作步驟有:酸化→加 KCl 固體→蒸發(fā) 濃縮→操作 a→過濾→洗滌→干燥.
①“酸化”操作時可選擇的酸是稀硫酸
②操作 a 的名稱是冷卻結晶.在此步操作過程中如果溶液出現過飽和現象,可采用加入晶體、摩擦燒杯壁或用玻璃棒攪拌等方法促進晶體析出.
(5)已知實驗取用的鉻鐵礦 38.0g,其中含 Cr2O340%,最終獲 得 K2Cr2O7 晶體 20.9g,則產率為71.1%.

分析 鉻鐵礦主要成分為FeO•Cr2O3,含有SiO2、Al2O3等雜質、混和NaOH,與足量空氣煅燒,4FeO•Cr2O3+7O2+20NaOH$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$8Na2CrO4+4NaFeO2+10H2O,生成Na2CrO4、NaFeO2、Na2SiO3、NaOH和NaAlO2的混合體系,然后加水溶解,三價鐵水解,NaFeO2+2H2O=Fe(OH)3↓+NaOH,得固體氫氧化鐵濾渣1和濾液Na2CrO4、Na2SiO3、NaOH、NaAlO2,再調節(jié)溶液的pH,使偏鋁酸鹽完全轉化為氫氧化鋁沉淀,硅酸鹽完全沉淀;過濾,使濾液酸化,使CrO42-轉化為Cr2O72-,2CrO42-+2H+?Cr2O72-+H2O,加KCl固體→蒸發(fā)濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌→干燥,得到K2Cr2O7
(1)根據步驟①在坩堝中進行煅燒物質含有強堿氫氧化鈉,氫氧化鈉能和二氧化硅反應來解答;
(2)根據影響化學反應速率的常見因素進行解答;
(3)根據流程分析樣品中含有SiO2、Al2O3等雜質在NaOH溶液里會溶解生成可溶性鹽進入濾液I;調節(jié)溶液pH的目的是為了除去濾液Ⅰ中含有的雜質離子,使之水解轉化為沉淀除去;
(4)①為使2CrO42-+2H+?Cr2O72-+H2O 的平衡向正反應方向移動,可選擇非氧化性或還原性的酸酸化;
②從溶液中提取溶質的操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥,過飽和溶液中促進晶體析出的方法是提供晶體核即可;
(5)可根據原子守恒計算出K2Cr2O7 晶體理論產量,再利用K2Cr2O7 晶體實際產量與理論產量的比值計算出產率.

解答 解:鉻鐵礦主要成分為FeO•Cr2O3,含有SiO2、Al2O3等雜質、混和NaOH,與足量空氣煅燒,4FeO•Cr2O3+7O2+20NaOH$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$8Na2CrO4+4NaFeO2+10H2O,生成Na2CrO4、NaFeO2、Na2SiO3、NaOH和NaAlO2的混合體系,然后加水溶解,三價鐵水解,NaFeO2+2H2O=Fe(OH)3↓+NaOH,得固體氫氧化鐵濾渣1和濾液Na2CrO4、Na2SiO3、NaOH、NaAlO2,再調節(jié)溶液的pH,使偏鋁酸鹽完全轉化為氫氧化鋁沉淀,硅酸鹽完全沉淀;過濾,使濾液酸化,使CrO42-轉化為Cr2O72-,2CrO42-+2H+?Cr2O72-+H2O,加KCl固體→蒸發(fā)濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌→干燥,得到K2Cr2O7
(1)A.鐵坩堝含有鐵,鐵與氫氧化鈉不反應,故A正確;
B.三氧化二鋁能和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉,故B錯誤;
C.石英中含有二氧化硅,二氧化硅能和氫氧化鈉反應,故C錯誤;
D.陶瓷中含有二氧化硅,二氧化硅能和氫氧化鈉反應,故D錯誤;
故答案為:A;
(2)固體的表面積越大,反應速率越大,鉻鐵礦經粉碎處理,能使鉻鐵礦的表面積增大,增大了與氧氣 接觸面積,所以反應速率加快;
故答案為:增大反應物的表面積,加快反應速率;
(3)由流程分析可知濾液I中含有Na2CrO4、NaFeO2、Na2SiO3、NaOH和NaAlO2,調節(jié)溶液的pH=7~8 的目的是促進AlO2-、和SiO32-水解轉化為Al(OH)3、H2SiO3沉淀,通過過濾除去;故答案為:NaAlO2、Na2SiO3;促進AlO2-、和SiO32-水解轉化為Al(OH)3、H2SiO3沉淀;
(4)①“酸化”步驟用稀硫酸來調節(jié)溶液pH<5,促進CrO42-轉化為Cr2O72-,故答案為:稀硫酸;
②從溶液中提取溶質的操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥,則操作a為冷卻結晶,促進過飽和溶液析出晶體,可通過加入晶體、摩擦燒杯壁或用玻璃棒攪拌等方法找一個“中心”聚集起來讓晶體析出,故答案為:冷卻結晶;加入晶體、摩擦燒杯壁或用玻璃棒攪拌;
(5)鉻鐵礦38.0g,其中含 Cr2O340%,可知Cr2O3質量為38.0×40%=15.2g,物質的量為$\frac{15.2g}{152g/mol}$=0.1mol,根據原子守恒,理論得到的K2Cr2O7 晶體物質的量為0.1mol,質量為0.1mol×294g/mol=29.4g,最終獲 得 K2Cr2O7 晶體 20.9g,則產率為$\frac{20.9g}{29.4g}×100%$=71.1%.

點評 本題考查了物質制備實驗方案的流程分析和產物判斷,題目難度中等,把握生產流程是解題的關鍵,注意物質之間的轉化,側重于考查學生的實驗探究能力和對基礎知識的綜合應用能力.

練習冊系列答案
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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

5.用NA表示阿伏加德羅常數的值.下列敘述中不正確的是(  )
A.12.5mL 16mol•L-1濃硫酸與足量鋅反應,轉移電子數為0.2NA
B.1.8gNH4+與2.3gNa+所含電子數目均為NA
C.7.8 gNa2S固體和7.8 gNa2O2固體中含有的陰離子數目均為0.1 NA
D.常溫常壓下,92 gNO2和N2O4混合氣體含有的原子數為6NA

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

6.下列說法正確的是( 。
A.淀粉和纖維素都是純凈物
B.油脂不是高分子化合物
C.植物油不能使溴的四氯化碳溶液褪色
D.糖類物質均有甜味

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

13.聯(lián)合生產是實現節(jié)能減排的重要措施,工業(yè)上合成氨和硝酸的聯(lián)合生產具有重要意義.圖1是工業(yè)上合成氨的簡易流程:

(1)設備A內部結構如圖2所示,其名稱是合成塔,其中發(fā)生的化學反應方程式為N2 +3H2 $?_{催化劑}^{高溫、高壓}$2NH3 ;生產中原料氣必須進行脫硫,目的是防止催化劑中毒,選擇500℃進行反應的主要原因是此溫度下催化劑效率最高;
(2)設備B的名稱是冷凝塔,圖1中a和b是兩個通水口,其中入水口是b(填“a”或“b”).
(3)氮氣和氫氣的混合氣體通過壓縮機壓縮的原因是增大壓強,加快反應速率,使平衡向生成NH3的方向進行.
(4)生產出來的NH3可以用來生產硝酸.其中在氨氣催化氧化過程中,不同溫度下生成產物可能有所不同,溫度對氨氧化產物產率的影響如圖3所示;當溫度大于900℃時,NO的產率下降的主要原因是部分NO轉變成N2

(5)某化肥廠用NH3制備NH4N03.已知:由NH3制NO的產率是94%,NO制HNO3的產率是89%,則制HN03所用NH3的質量占總耗NH3質量(不考慮其它損耗)的54%(保留兩位有效數字).

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

20.化學作為一門基礎自然科學,在材料科學、生命科學、能源科學等諸多領域發(fā)揮著重要作用.
(1)高溫超導材料釔鋇銅氧的化學式為YBaCu3O7,其中$\frac{1}{3}$的Cu以罕見的Cu3+形式存在.Cu在元素周期表中的位置為第四周期第ⅠB族,基態(tài)Cu3+的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d8
(2)磁性材料在生活和科學技術中應用廣泛.研究表明,若構成化合物的陽離子有未成對電子時,則該化合物具有磁性.下列物質適合作錄音磁帶磁粉原料的為B(填選項字母).
A.V2O5    B.CrO2    C.PbO    D.ZnO
(3)屠呦呦因在抗瘧藥--青蒿素研究中的杰出貢獻,成為首獲科學類諾貝爾獎的中國人.青蒿素的結構簡式如圖1所示,其組成元素的電負性由大到小的順序為O>C>H;碳原子的雜化方式為sp2、sp3
(4)“可燃冰”因儲量大、污染小被視為未來石油的替代能源,由甲烷和水形成的“可燃冰”結構如圖2所示.
①“可燃冰”中分子間存在的作用力為氫鍵、范德華力.
②H2O的VSEPR模型為四面體形
比較鍵角的大。篐2O<CH4(填“>”“<”或“=”),原因為甲烷分子的雜化軌道中無孤電子對,而H2O分子有兩對孤對電子,孤對電子與成鍵電子的排斥力大、鍵角小

(5)鋰離子電池在便攜式電子設備以及電動汽車、衛(wèi)星等領域顯示出廣闊的應用前景.該電池負極材料為石墨,石墨為層狀結構(如圖3),其晶胞結構如圖4所示,該晶胞中有4個碳原子.已知石墨的層間距為apm,C-C鍵長為b pm,阿伏伽德羅常數的值為NA,則石墨晶體的密度為$\frac{16×1{0}^{30}}{\sqrt{3}a^{2}{N}_{A}}$g•cm-3(列出計算式).

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10.N,P,As等元素的化合物在生產和研究中有許多重要用途.請回答下列問題:
(1)意大利羅馬大學的[FuNvio Cacace等人獲得了極具理論研究意義的N4分子,該分子的空間構型與P4類似,其中氮原子的軌道雜化方式為sp3,N-N鍵的鍵角為60°.
(2)基態(tài)砷原子的價電子排布圖為,砷與同周期相鄰元素的第一電離能由大到小的順序為As>Se>Ge.
(3)配位原子對孤對電子的吸引力越弱,配體越容易與過渡金屬形成配合物.PH3與NH3的結構相似,和過渡金屬更容易形成配合物的是PH3(填“PH3”或“NH3”).
(4)SCl3+和PCl3是等電子體,SCl3+的空間構型是三角錐形.S-Cl鍵鍵長<P-Cl鍵鍵長(填“>”、“=”或“<”),原因是S 原子半徑小于P原子半徑,故 S-Cl 鍵要比 P-Cl 鍵短.
(5)砷化鎵為第三代半導體,以其為材料制造的燈泡壽命長,耗能少.已知立方砷化鎵晶胞的結構如圖所示,砷化鎵的化學式為GaAs.若該晶體的密度為ρg•cm-3,設NA為阿伏加德羅常數的值,則a、b的距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{580}{ρ{N}_{A}}}$×1010 pm(用含ρ和NA的代數式表示).

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17.現有H、C、B、0、N、Na、Cu等七種元素,可形成多種物質.2015年10月中國藥學家屠呦呦因發(fā)現青蒿素(含H、C、O元素)而獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎,青蒿素( C15H22O5)的結構
如圖1所示.請回答下列問題:
(1)組成青蒿素的三種元素電負性由大到小排序是O>C>H
(用元素符號表示),在基態(tài)O原子中,核外存在3對自
旋相反的電子.
(2)下列關于青蒿素的說法正確的是a(填序號).
a.青蒿素中既存在極性鍵又存在非極性鍵
b.在青蒿素分子中,所有碳原子均處于同一平面
c.圖中數字標識的五個碳原子均只以σ鍵與其它原子成鍵
(3)根據價層電子對互斥理論(VESPR)推測:N02-的立體構型為V型,CO32-的中心原子雜化類型為sp2
(4)C、N、O分別與H形成的CH4、NH3、H20沸點由高到底的順序為H20>NH3>CH4
(5)H、B、Na元素形成的NaBH4結構如圖2所示,結構中存在的相互作用有離子鍵 和共價鍵.
(6)Cu晶胞結構如圖3所示.已知立方體的棱長為a pm,Cu晶體密度為b g.cm-3,則阿伏加德羅常數NA=$\frac{256×10{\;}^{30}}{{a}^{3}b}$(用含a、b的代數式表示,lpm=1xl0-12m).

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

14.下列圖示變化表示吸熱反應的是( 。
A.B.C.D.

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15.部分鹵族元素的某種性質A隨核電荷數的變化趨勢如圖所示,則A可能表示( 。
A.原子半徑B.氫化物的穩(wěn)定性C.電子層數D.單質的熔沸點

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