Question

3．工業(yè)上利用電鍍污泥（主要含有Fe₂O₃、CuO、Cr₂O₃及部分難溶雜質）回收銅和鉻等金屬，回收流程如圖1：

已知部分物質沉淀的pH及CaSO₄的溶解度曲線如圖2：

	Fe3+	Cu2+	Cr3+
開始沉淀pH	2.1	4.7	4.3
完全沉淀pH	3.2	6.7	a

（1）在除鐵操作中，需要除去Fe³⁺和CaSO₄，請完成相關操作：
①加入石灰乳調節(jié)pH到約3.2，檢驗Fe³⁺已經除盡的操作是取適量濾液，加KSCN溶液，若不變紅，則說明Fe³⁺已除盡；
②將濁液加熱到 80℃，趁熱過濾
（2）寫出還原步驟中加入NaHSO₃生成Cu₂O固體反應的離子方程式2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺，
（3）當離子濃度小于或等于1×10^-5 mol•L^-1時可認為沉淀完全，若要使Cr³⁺完全沉淀則要保持c（OH^-）≥4.0×10^-9mol•L^-1．[已知：K_sp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31，$\root{3}{63}$≈4.0]．

Answer 1

分析 向泥料中加入稀硫酸，發(fā)生反應Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Cr₂O₃+3H₂SO₄=Cr₂（SO₄）₃+3H₂O，然后過濾得到濾渣I和濾液，濾液中溶質為Fe₂（SO₄）₃、Cr₂（SO₄）₃、CuSO₄，向濾液中加入Ca（OH）₂，并調節(jié)溶液pH，根據(jù)流程圖中濾液中含有Cr³⁺、Cu²⁺，不含 Fe³⁺，說明濾渣II中含有Fe（OH）₃，硫酸鈣屬于微溶物，所以沉淀II成分為Fe（OH）₃、CaSO₄，要使Cr³⁺、Cu²⁺不沉淀而Fe³⁺發(fā)生沉淀，根據(jù)離子生成沉淀需要pH值知，溶液的pH范圍為3.2-4.3之間；向濾液中加入NaHSO₃，亞硫酸氫鈉具有還原性、銅離子具有氧化性，二者發(fā)生氧化還原反應生成硫酸和磚紅色沉淀Cu₂O，硫酸和亞硫酸氫根離子反應生成二氧化硫，離子方程式為2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺、HSO₃^-+H⁺=SO₂↑+H₂O，過濾得到Cu₂O，向濾液中加入NaOH并調節(jié)溶液pH，發(fā)生反應Cr³⁺+3OH^-=Cr（OH）₃↓，濾液X中含有NaOH、Na₂SO₄，據(jù)此分析解答．

解答 解：向泥料中加入稀硫酸，發(fā)生反應Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Cr₂O₃+3H₂SO₄=Cr₂（SO₄）₃+3H₂O，然后過濾得到濾渣I和濾液，濾液中溶質為Fe₂（SO₄）₃、Cr₂（SO₄）₃、CuSO₄，向濾液中加入Ca（OH）₂，并調節(jié)溶液pH，根據(jù)流程圖中濾液中含有Cr³⁺、Cu²⁺，不含 Fe³⁺，說明濾渣II中含有Fe（OH）₃，硫酸鈣屬于微溶物，所以沉淀II成分為Fe（OH）₃、CaSO₄，要使Cr³⁺、Cu²⁺不沉淀而Fe³⁺發(fā)生沉淀，根據(jù)離子生成沉淀需要pH值知，溶液的pH范圍為3.2-4.3之間；向濾液中加入NaHSO₃，亞硫酸氫鈉具有還原性、銅離子具有氧化性，二者發(fā)生氧化還原反應生成硫酸和磚紅色沉淀Cu₂O，硫酸和亞硫酸氫根離子反應生成二氧化硫，離子方程式為2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺、HSO₃^-+H⁺=SO₂↑+H₂O，過濾得到Cu₂O，向濾液中加入NaOH并調節(jié)溶液pH，發(fā)生反應Cr³⁺+3OH^-=Cr（OH）₃↓，濾液X中含有NaOH、Na₂SO₄．
（1）①根據(jù)圖表可知鐵離子完全沉淀pH為3.2，Cr³⁺開始沉淀的pH為4.3，所以在除鐵操作中，需要除去Fe³⁺和CaSO₄而又不能使得Cr³⁺沉淀，相關操作：①加入石灰乳調節(jié)pH到3.2至4.3之間，檢驗Fe³⁺加入硫氰化鉀溶液看溶液是否變紅，故答案為：3.2；  取適量濾液，加KSCN溶液，若不變紅，則說明Fe³⁺已除盡；②將濁液加熱到80℃，由圖2可知在80℃時CaSO₄的溶解性較小，所以要趁熱過濾可以出去CaSO₄，故答案為：趁熱過濾；
（2）硫酸氫根離子具有強的還原性，能和銅離子之間發(fā)生反應生成硫酸根離子以及氧化亞銅，發(fā)生的反應為：2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺；故答案為：2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺；
（3）當離子濃度≤1×10^-5 mol•L^-1認為沉淀完全，若要使Cr³⁺完全沉淀則要保持c（OH^-）≥$\root{3}{\frac{Ksp}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{6.31×1{0}^{-31}}{1×1{0}^{-5}}}$=4.0×10^-9 mol•L^-1，故答案為：4.0×10^-9 mol•L^-1．

點評 本題考查物質的分離和提純綜合應用，為高考高頻點，涉及難溶物的溶解平衡、基本實驗操作等知識點，側重考查分析、計算及實驗操作能力，熟悉流程圖中涉及的反應、基本操作，難點是溶度積常數(shù)計算．