Question

3．K₂Cr₂O₇在皮革工業(yè)中有重要的用途，同時也是產生污染的重要原因．鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO•Cr₂O₃，還含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質，圖1是以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）的流程圖：

已知：①4FeO•Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂$\stackrel{750℃}{→}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑；
②Na₂CO₃+Al₂O₃$\stackrel{750℃}{→}$2NaAlO₂+CO₂↑；   ③Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺
根據題意回答下列問題：
（1）固體X中主要含有Fe₂O₃、MgO（填寫化學式）；要檢測酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，應該使用pH計或精密pH試紙（填寫儀器或試劑名稱）．
（2）酸化步驟中用醋酸調節(jié)溶液pH＜5，其目的是使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-．
（3）如表是相關物質的溶解度數據，操作Ⅲ發(fā)生反應的化學方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl→K₂Cr₂O₇↓+2NaCl．

物質	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

該反應在溶液中能發(fā)生的理由是K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）．
（4）副產品Y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Y中氫氧化鋁含量的方法是稱取ng樣品，加入過量NaOH溶液（填寫試劑）、溶解、過濾、再通入過量二氧化碳（填寫試劑）、…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為$\frac{m}{n}$（用含m、n的代數式表示）．
（5）用電解法除去含Cr₂O₇^2-的酸性廢水方法是：用Fe做電極電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著解進行，在陰極附近溶液pH升高，產生Cr（OH）₃沉淀．用Fe做電極的原因為（結合電極反應解釋，下同）陽極反應為Fe-2e^-=Fe²⁺，提供還原劑Fe²⁺，在陰極附近溶液pH升高的原因是2H⁺+2e^-=H₂↑，氫離子放電使OH^-濃度增大．

Answer 1

分析 鉻鐵礦通過焙燒，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合體系，然后水浸、過濾得固體X為Fe₂O₃、MgO的混合物和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，再調節(jié)溶液的PH，使偏鋁酸鹽完全沉淀，經過濾得固體Y為Al（OH）₃，繼續(xù)調節(jié)溶液的PH使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化鉀，生成溶解度極小的K₂Cr₂O₇，采用過濾方法得到K₂Cr₂O₇晶體，
（1）依據流程圖和題干反應分析判斷固體X的成分，通常PH試紙只能測定溶液PH的整數，測定PH是小數的需要用精確試紙或pH計；
（2）結合流程圖和反應過程中得到物質分析，酸化步驟用醋酸調節(jié)溶液pH＜5為了轉化CrO₄^2-離子為Cr₂O₇^2-；
（3）依據物質溶解度比較分析，反應向溶解度曉得方向進行；
（4）利用氫氧化鋁是兩性氫氧化物和強堿反應溶解，少量鎂、鐵的難溶化合物不溶解；分離提取溶液中的偏鋁酸鈉可以根據實驗室制取氫氧化鋁沉淀的方法進行，通入二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀；灼燒后得到氧化鋁，依據元素守恒計算得到；
（5）陽極是活性電極時，陽極本身失電子，生成陽離子；溶液PH升高的原因是溶液中氫離子濃度減少，即氫離子在陰極得電子，PH升高，氫氧根離子濃度增大，離子濃度冪的乘積大于溶度積，所以金屬陽離子會生成氫氧化物沉淀；

解答 解：鉻鐵礦通過焙燒，生成Na₂CrO₄、Fe₂O₃、MgO和NaAlO₂的混合體系，然后水浸、過濾得固體X為Fe₂O₃、MgO的混合物和溶液Na₂CrO₄、NaAlO₂，再調節(jié)溶液的PH，使偏鋁酸鹽完全沉淀，經過濾得固體Y為Al（OH）₃，繼續(xù)調節(jié)溶液的PH使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-，最后向所得溶液中加入氯化鉀，生成溶解度極小的K₂Cr₂O₇，采用過濾方法得到K₂Cr₂O₇晶體，
（1）操作Ⅰ是過濾得到固體X為Fe₂O₃、MgO，要檢測酸化操作中溶液的pH是否等于4.5，普通pH試紙只能測定溶液pH到整數，是近似測定，準確測定需要用pH計或精確pH試紙，
故答案為：Fe₂O₃、MgO；pH計或精密pH試紙；
（2）酸化步驟用醋酸調節(jié)溶液pH＜5，依據流程圖中物質的轉化和制備目的可知，結合反應平衡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-；
（3）依據圖表物質的溶解度分析對比，操作Ⅲ發(fā)生反應的化學方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl=K₂Cr₂O₇↓+2NaCl；說明K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇�。ɑ蛩姆N物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最�。�，
故答案為：K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇�。ɑ蛩姆N物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）；
（4）副產品Y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Y中氫氧化鋁含量的方法是先利用氫氧化鋁的兩性，用氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁過濾得到濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，灼燒干燥得到氧化鋁干燥固體m g，依據鋁元素守恒計算，樣品中氫氧化鋁的質量分數=$\frac{\frac{mg}{156g/mol}×2×78g/mol}{ng}$=$\frac{m}{n}$，
故答案為：NaOH溶液；通入過量二氧化碳；$\frac{m}{n}$；
（5）在電解法除鉻中，鐵作陽極，陽極反應為Fe-2e^-═Fe²⁺，以提供還原劑Fe²⁺，在陰極附近溶液pH升高的原因是水電離產生的H⁺放電生成H₂：2H⁺+2e^-═H₂↑，氫離子放電使OH^-濃度增大，
故答案為：陽極反應為Fe-2e^-=Fe²⁺，提供還原劑Fe²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑，氫離子放電使OH^-濃度增大．

點評 本題考查了物質制備流程和方案的分析判斷，物質性質的應用，題干信息的分析理解，操作步驟的注意問題和基本操作方法是解題關鍵，題目難度中等．