Question

鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO·Cr₂O₃，還含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質，以下是以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇）的流程圖：

已知：①4FeO·Cr₂O₃+ 8Na₂CO₃+ 7O₂8Na₂CrO₄ + 2 Fe₂O₃ + 8CO₂↑；
②Na₂CO₃ + Al₂O₃2NaAlO₂ + CO₂↑；③ Cr₂O₇^2－+ H₂O2CrO₄^2－ + 2H⁺
（1）固體X中主要含有_________（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__________（填寫儀器或試劑名稱）。
（2）酸化步驟用醋酸調節溶液pH＜5，其目的是_________________________________。

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

 
（3）操作Ⅲ有多步組成，獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發濃縮、              、
過濾、_______、干燥。
（4）右表是相關物質的溶解度數據，操作Ⅲ發生反應的化學方程式是：Na₂Cr₂O₇+2KCl→K₂Cr₂O₇↓+2NaCl。該反應在溶液中能發生的理由是_______________。
（5）酸性溶液中過氧化氫能使Cr₂O₇^2-生成藍色的過氧化鉻（CrO₅分子結構為), 該反應可用來檢驗Cr₂O₇^2-的存在。寫出反應的離子方程式：                                                。
該反應                   (填“屬于”或“不屬于”)氧化還原反應。
（6）稱取重鉻酸鉀試樣2.500g配成250mL溶液,取出25mL與碘量瓶中,加入10mL2mol/ L  H₂SO₄和足量碘化鉀（鉻的還原產物為Cr³⁺)，放于暗處5min。然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示劑，用0.1200mol/LNa₂S₂O₃標準溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2—＝2I^-+S₄O₆^2—）。
①判斷達到滴定終點的依據是                                           ；
②若實驗中共用去Na₂S₂O₃標準溶液40.00mL，則所得產品中重鉻酸鉀的純度為         。（保留3位有效數字, K₂Cr₂O₇的摩爾質量為294g/mol）。

Answer 1

（16分）（1）Fe₂O₃、MgO（2分，有錯即為0分，少一個扣1分）；pH計或精密pH試紙。（1分，
答pH試紙或廣泛pH試紙不給分）
（2）使CrO₄^2－轉化為Cr₂O₇^2－。（1分）  （3）冷卻結晶、洗滌。(各1分)
（4）K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（1分）（或四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）。
（5）Cr₂O₇^2- + 4H₂O₂ +2H⁺＝ 2CrO₅ + 5H₂O （2分）      不屬于（1分）
（6）①溶液藍色恰好褪色為滴定終點（2分）
②94.1%（4分，在±0.1%范圍內不扣分，有效數字錯扣2分）

試題分析：（1）鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO?Cr₂O₃，還含有MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等雜質，因此加入氧氣和碳酸鈉發生反應為①4FeO?Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂↑、②Na₂CO₃+Al₂O₃2NaAlO₂+CO₂↑、③Cr₂O₇^2-+H₂O2CrO₄^2-+2H⁺。氧化鐵、氧化鋁不溶于水，操作Ⅰ是過濾，因此得到固體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。
（2）酸化步驟用醋酸調節溶液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-+H₂O2CrO₄^2-+2H⁺可知，加入酸，溶液中氫離子濃度增大，平衡左移，所以目的是使CrO₄^2-轉化為Cr₂O₇^2-。
（3）對于易溶性物質，從溶液得到晶體的操作一般是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，將得到的晶體洗滌干燥即可。因此要獲得K₂Cr₂O₇晶體的操作依次是：加入KCl固體、蒸發濃縮，冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到晶體。
（4）依據表中物質的溶解度數據分析對比，依據操作Ⅲ發生反應的化學方程式Na₂Cr₂O₇+2KCl＝K₂Cr₂O₇↓+2NaCl可知，該反應之所以能發生是因為K₂Cr₂O₇的溶解度比Na₂Cr₂O₇小（或四種物質中K₂Cr₂O₇的溶解度最小）。
（5）酸性溶液中過氧化氫能使Cr₂O₇^2-生成藍色的過氧化鉻，由于溶液顯酸性，因此反應物還有氫離子參加，根據原子守恒可知，生成物還有水生成，因此反應的離子方程式為Cr₂O₇^2- + 4H₂O₂ +2H⁺＝2CrO₅ + 5H₂O。根據CrO₅分子結構可知，該化合物中Cr元素的化合價仍然是＋6價，其中氧元素的化合價有4個－1價的，1個－2價的，因此該反應前后元素的化合價均沒有發生變化，所以反應不是氧化還原反應。
（6）①由于碘單質遇淀粉顯藍色，所以根據反應I₂+2S₂O₃^2—＝2I^-+S₄O₆^2—可知，判斷達到滴定終點的依據是溶液藍色恰好褪色且半分鐘不恢復即為滴定終點。
②根據反應Cr₂O₇^2-＋6I^－+14H⁺＝2Cr^3＋＋3I₂+ 7H₂O、I₂+2S₂O₃^2—＝2I^-+S₄O₆^2—可知
Cr₂O₇^2-～～～3I₂～～～6S₂O₃^2—
1mol                6mol
n（K₂Cr₂O₇）  0.1200mol/L×0.04L
即＝
解得n（K₂Cr₂O₇）＝0.0008mol
所以2.500g重鉻酸鉀試樣中重鉻酸鉀的物質的量＝×0.0008mol＝0.008mol
質量＝0.008mol×294g/mol＝2.352g
因此所得產品中重鉻酸鉀的純度為×100%＝94.1%