Question

4．某工廠對制革工業(yè)污泥中 Cr 元素的回收與再利用工藝如圖（硫酸浸取液中的金屬離子主要是 Cr³⁺，其次是 Fe²⁺、Fe³⁺、A1³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺）

常溫下部分陽離子以氫氧化物沉淀形式存在時溶液的 pH 見表：

陽離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cu2+	Cr3+
開始沉淀時的 pH	1.9	7.0	9.3	3.7	4.7	…
沉淀完全時的 pH	3.2	9.0	11.1	5.2	6.7	9（＞9溶解）

（1）Cr（OH） （H₂O）₅SO₄中，Cr元素的化合價為+3．
（2）加人H₂O₂目的是：①氧化Cr³⁺離子． ②氧化Fe²⁺離子，其有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）針鐵礦（ Coethite）是以德國詩人歌德（ Coethe）名字命名的，組成元素是 Fe、H、O，化學(xué)式量為89，其化學(xué)式是FeO（OH）；用化學(xué)反應(yīng)原理解釋生成針鐵礦的過程在濾液中存在Fe³⁺+2H₂O?FeO（OH）+3H⁺的平衡，調(diào)pH時消耗H⁺，使上述平衡向右移動，不斷生成FeO（OH）．
（4）調(diào) pH=8是為了將Al³⁺、Cu²⁺離子（從 Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺中選擇）以氫氧化物沉淀的形式除去．鈉離子交換樹脂的原理為：Mⁿ⁺+nNaR═MR_n+nNa⁺，被交換的雜質(zhì)離子是Mg²⁺．
（5）Na₂Cr₂O₇溶液中通入SO₂生成Cr（OH）（H₂O）₅SO₄ 的反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：3．

Answer 1

分析 含鉻污泥預(yù)處理后，用硫酸浸取液中金屬離子主要是Cr³⁺，其次是 Fe²⁺、Fe³⁺、A1³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺，過濾除去不溶性雜質(zhì)，然后加入過氧化氫氧化鉻離子為高價態(tài)，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=8使其他離子沉淀，過濾得到濾液用鈉離子交換樹脂交換鎂離子，得到溶液中通入二氧化硫還原得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，以此解答該題．

解答 解：（1）Cr（OH） （H₂O）₅SO₄中，O為-2價、H為+1價，S為+6價，由化合價代數(shù)和為0可知，Cr元素的化合價為+3，故答案為：+3；
（2）雙氧水有強氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)，F(xiàn)e²⁺和Cr³⁺有還原性，F(xiàn)e²⁺和Cr³⁺能被雙氧水氧化為高價離子，以便于與雜質(zhì)離子分離，其中Fe²⁺反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：Fe²⁺；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）針鐵礦組成元素是Fe、H、O，化學(xué)式量為89，則1mol該物質(zhì)中應(yīng)含有1molFe，則H、O的質(zhì)量為89-56=33，可知應(yīng)含有2molO和1molH，化學(xué)式應(yīng)為FeO（OH），在溶液中存在Fe³⁺+2H₂O?FeO（OH）+3H⁺，為鐵離子的水解過程，可加入堿調(diào)pH時消耗H⁺，使上述平衡向右移動，不斷生成FeO（OH），
故答案為：FeO（OH）；在濾液中存在Fe³⁺+2H₂O?FeO（OH）+3H⁺的平衡，調(diào)pH時消耗H⁺，使上述平衡向右移動，不斷生成FeO（OH）；
（4）調(diào)節(jié)pH至5-8，可使Al³⁺、Cu²⁺生成沉淀，因鎂離子沉淀的pH較大，可用離子交換法除去，故答案為：Al³⁺、Cu²⁺；Mg²⁺；
（5）通入二氧化硫發(fā)生3SO₂+Na₂Cr₂O₇+11H₂O=2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄，可知氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：3，故答案為：1：3．

點評 本題考查較為綜合，涉及物質(zhì)的分離、提純、制備以及難溶電解質(zhì)的溶解平衡，為高考常見題型，側(cè)重考查學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰�，注意把握物質(zhì)的性質(zhì)、題給信息以及計算的思路，難度中等．