Question

化工廠鉻渣中含有Na₂SO₄及少量Cr₂O₇^2-、Fe³⁺，圖1是從鉻渣提取Na₂SO₄和利用副產(chǎn)品制取FeCl₃的工藝流程．已知：Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5mol?L^-1）時pH分別為3.6和5．

（1）①操作C加硫酸酸化而不選用鹽酸的原因是

 

．
②酸化后Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-還原成Cr³⁺，離子方程式為

 

．
③根據(jù)圖2溶解度（S）∽溫度（T）曲線，操作B的最佳方法為

 

（填字母序號）．
A．蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾
B．蒸發(fā)濃縮，趁熱過濾
④溫度相同時K_sp[Cr（OH）₃]

 

K_sp[Fe（OH）₃]（填“＞”或“＜”）
（2）已知FeCl₃從溶液中析出的是FeCl₃?6H₂O，在空氣中直接加熱FeCl₃?6H₂O晶體得不到純的無水FeCl₃，原因是

 

（用化學(xué)方程式表示）．由FeCl₃?6H₂O晶體得到純的無水FeCl₃的合理方法是

 

．
（3）圖3所示儀器可用于實驗室制備少量無水FeCl₃，儀器連接順序正確的是

 

．
A．a(chǎn)-b-c-d-e-e-f-g-h         
B．a(chǎn)-c-b-d-e-h-i-f
C．a(chǎn)-d-e-c-b-h-i-g           
D．a(chǎn)-e-d-c-b-h-i-g
若以KMnO₄和濃鹽酸為原料來制取Cl₂，并希望能控制反應(yīng)速率，圖4最適合的裝置是

 

（已知：2KMnO₄+16HCl（濃）=2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O）．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）①酸性條件下Cr₂O₇^2-能把Cl^-氧化為氯氣；
②酸性條件下，Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-還原成Cr³⁺，SO₃^2-被氧化為SO₄^2-；
③趁熱過濾的目的是有利于硫酸鈉結(jié)晶析出，可以防止Na₂Cr₂O₇?2H₂O結(jié)晶析出；
④Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5mol?L^-1）時pH分別為3.6和5，分別計算二者的Ksp，然后比較；
（2）氯化鐵中鐵離子水解生成氫氧化鐵，得不到純凈的氯化鐵；應(yīng)在氯化氫氣流中加熱失去結(jié)晶水；
（3）實驗室制備少量無水FeCl₃需要用純凈、干燥的氯氣在加熱條件下與鐵粉反應(yīng)，在此過程中應(yīng)注意氯氣制取后的除雜和干燥，以及與鐵粉反應(yīng)后氯氣尾氣的處理等問題即可解答；KMnO₄和濃鹽酸為原料來制取Cl₂，不需要加熱，為了便于控制反應(yīng)，應(yīng)該選用分液漏斗加鹽酸，為了使液體容易滴下應(yīng)該用導(dǎo)管連通分液漏斗和燒瓶．

解答： 解：（1）①酸性條件下Cr₂O₇^2-能把Cl^-氧化為氯氣，氯氣有毒會污染空氣，同時生成NaCl引入雜質(zhì)使得到的硫酸鈉不純；
故答案為：酸性環(huán)境Cl^-被Cr₂O₇^2-氧化生成Cl₂污染環(huán)境，引入NaCl雜質(zhì)導(dǎo)致產(chǎn)品不純；
②酸性條件下，Cr₂O₇^2-可被SO₃^2-還原成Cr³⁺，SO₃^2-被氧化為SO₄^2-，離子方程式為3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；
故答案為：3SO₃^2-+Cr₂O₇^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；
③根據(jù)如圖2溶解度（S）～溫度（T）曲線，操作B的最佳方法為 先將混合溶液蒸發(fā)濃縮，趁熱過濾，趁熱過濾的目的是有利于硫酸鈉結(jié)晶析出，可以防止Na₂Cr₂O₇?2H₂O結(jié)晶析出，
故答案為：B；
④Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀（c≤1.0×10^-5mol?L^-1）時pH分別為3.6和5，則K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-5×（10^-9）³=1.0×10^-32，
K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-5×（10^-10.4）³=1.0×10^-36.2，則K_sp[Cr（OH）₃]＞K_sp[Fe（OH）₃]；
故答案為：＞；
（2）在空氣中直接加熱FeCl₃?6H₂O晶體得不到純的無水FeCl₃，原因是在空氣中直接加熱FeCl₃?6H₂O晶體會發(fā)生水解生成氫氧化鐵和HCl，即FeCl₃?6H₂O

△   .

Fe（OH）₃+3HCl↑+3H₂O，為了抑制其水解應(yīng)該在干燥的HCl氣流中加熱脫水；
故答案為：FeCl₃?6H₂O

△   .

Fe（OH）₃+3HCl↑+3H₂O；在干燥的HCl氣流中加熱脫水；
（3）實驗室制備少量無水FeCl₃需要用純凈、干燥的氯氣在加熱條件下與鐵粉反應(yīng)，故首先要制備氯氣，故最先使用的儀器是a；
制取出的氯氣中有HCl和水蒸氣，應(yīng)先用飽和食鹽水洗氣除去HCl，而洗氣時，氣體要長進短出，故接下來的氣流的方向是e→d；
然后用濃硫酸干燥氯氣，故接下來的氣流的方向是c→b；
制取了純凈干燥的氯氣后，通入鐵粉，在加熱條件下與鐵粉反應(yīng)，故接下來連h；
氯氣是污染性氣體，對空氣有污染，故應(yīng)連接尾氣處理裝置，考慮到氯氣是酸性氣體，故要用堿液來吸收，故接下來通入NaOH 溶液，氣流的方向是g→f；
故儀器連接順序正確的是a-e-d-c-b-h-i-g，故D正確；
KMnO₄和濃鹽酸為原料來制取Cl₂，不需要加熱，為了便于控制反應(yīng)，應(yīng)該選用分液漏斗滴加鹽酸，為了使液體容易滴下應(yīng)該用導(dǎo)管連通分液漏斗和燒瓶，使分液漏斗與燒瓶中壓強相同，所以只有④符合．
故答案為：D；④．

點評：本題綜合考查了離子方程式的書寫、氧化還原反應(yīng)、沉淀溶解平衡和Ksp的有關(guān)計算、水解原理的應(yīng)用、實驗方案設(shè)計等內(nèi)容，側(cè)重于有關(guān)原理和基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用的考查，分析時要根據(jù)題給信息，結(jié)合相關(guān)原理進行解答，題目難度中等．