Question

20．以鉻鐵礦（主要成分為FeO和Cr₂O₃，含有Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為主要原料生產(chǎn)化工原料紅礬鈉（紅礬鈉的主要成分為重鉻酸鈉：Na₂Cr₂O₇•2H₂O），其主要工藝流程如下：

查閱資料得知：
i．常溫下，NaBiO₃不溶于水，有強氧化性，在堿性條件下，能將Cr³⁺轉(zhuǎn)化為CrO₄^2-．
ii．

物質(zhì)	開始沉淀的pH值	完全沉淀的pH值
Fe（OH）3	2.7	3.7
Al（OH）3	3.4	4.4
Cr （OH）3	4.6	5.9
Fe（OH）2	7.5	9.7
Bi（OH）3	0.7	4.5

回答下列問題：
（1）反應之前先將礦石粉碎的目的是增大反應物的接觸面積，加快反應速率．
（2）操作Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ用到的主要玻璃儀器有玻璃棒和漏斗、燒杯（填儀器名稱）．
（3）寫出④反應的離子反應方程式3NaBiO₃+2Cr³⁺+7OH^-+H₂O=2CrO₄^2-+3Na⁺+3Bi（OH）₃．
（4）⑤中酸化是使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，寫出該反應的離子方程式2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O．
（5）將溶液H經(jīng)過下列操作，蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾，洗滌，干燥即得紅礬鈉．
（6）取一定質(zhì)量的固體D溶解于200mL的硫酸中，向所得溶液中加入5mol/L的NaOH溶液，生成沉淀的物質(zhì)的量n與加入NaOH溶液的體積V關系如圖所示，則硫酸的濃度為2.5mol•L^-1；，固體D中含F(xiàn)e化合物的物質(zhì)的量為0.1mol．

Answer 1

分析 鉻鐵礦（主要成分為FeO和Cr₂O₃，含有Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)），加入過量稀硫酸，固體A為SiO₂，溶液B中含有Cr³⁺、Al³⁺、Fe²⁺，在B中加入過氧化氫，可生成Fe³⁺，調(diào)節(jié)溶液pH可除去Fe³⁺、Al³⁺，生成氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，即固體D，溶液E含有Cr³⁺，在溶液E中加入NaBiO₃和NaOH，發(fā)生氧化還原反應，固體G為Bi（OH）₃，溶液F含有Na₂CrO₄，酸化可得Na₂Cr₂O₇，溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶可得Na₂Cr₂O₇•2H₂O，以此解答該題．

解答 解：鉻鐵礦（主要成分為FeO和Cr₂O₃，含有Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)），加入過量稀硫酸，固體A為SiO₂，溶液B中含有Cr³⁺、Al³⁺、Fe²⁺，在B中加入過氧化氫，可生成Fe³⁺，調(diào)節(jié)溶液pH可除去Fe³⁺、Al³⁺，生成氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，即固體D，溶液E含有Cr³⁺，在溶液E中加入NaBiO₃和NaOH，發(fā)生氧化還原反應，固體G為Bi（OH）₃，溶液F含有Na₂CrO₄，酸化可得Na₂Cr₂O₇，溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶可得Na₂Cr₂O₇•2H₂O，
（1）反應之前先將礦石粉碎，可增大反應物的接觸面積，加快反應速率，故答案為：增大反應物的接觸面積，加快反應速率；
（2）操作 I、III、IV為過濾操作，用到的主要玻璃儀器有玻璃棒和漏斗、燒杯，故答案為：漏斗、燒杯；
（3）在溶液E中加入NaBiO₃和NaOH，發(fā)生氧化還原反應，固體G為Bi（OH）₃，反應的離子方程式為3NaBiO₃+2Cr³⁺+7OH^-+H₂O=2CrO₄^2-+3Na⁺+3Bi（OH）₃，
故答案為：3NaBiO₃+2Cr³⁺+7OH^-+H₂O=2CrO₄^2-+3Na⁺+3Bi（OH）₃；
（4）酸化使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，反應的離子方程式為2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；
（5）Na₂Cr₂O₇溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥即得紅礬鈉，故答案為：冷卻結晶；
（6）由圖象可知加入NaOH200mL時沉淀完全，此時溶液為Na₂SO₄，則n（H₂SO₄）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×5mol/L×0.2L=0.5mol，c（H₂SO₄）=$\frac{0.5mol}{0.2L}$=2.5mol/L，
加入NaOH200mL～240mL時發(fā)生NaOH+Al（OH）₃=NaAlO₂+2H₂O，則n[Al（OH）₃]=n（NaOH）=5mol/L×0.04L=0.2mol，
從20mL到200mL，生成Fe（OH）₃和Al（OH）₃，n（Fe（OH）₃）=$\frac{0.18L×5mol/L-0.2mol×3}{3}$=0.1mol，
所以固體D中含F(xiàn)e化合物的物質(zhì)的量為0.1mol，
故答案為：2.5 mol•L^-1； 0.1mol．

點評 本題考查了物質(zhì)制備流程和方案的分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的應用，為高頻考點，側重于學生的分析能力、實驗和計算能力的考查，注意把握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，題目難度較大．