Question

7．鉻及其化合物在工業(yè)上有許多用途，但化工廢料鉻渣對(duì)人體健康有很大危害，以制革工也產(chǎn)生的含鉻污泥為原料，回收污泥中三價(jià)鉻的工藝流程圖如圖所示（硫酸浸取液中金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）
：

常溫下部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見(jiàn)下表：

陽(yáng)離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cr3+
開(kāi)始沉淀時(shí)的pH	2.7	7.0	9.3	3.7	-
沉淀完全是的pH	3.7	9.0	11.1	8	9（＞9溶解）

回答下列問(wèn)題：
（1）能提高浸取時(shí)三價(jià)鉻的浸取率的措施有ABC（填字母）
A．將含鉻污泥粉碎并適當(dāng)延長(zhǎng)浸取時(shí)間
B．升高溫度并不斷攪拌
C．多次浸取，合并浸取液
D．縮短浸取時(shí)間
（2）氧化過(guò)程中加入H₂O₂，除了把Cr³⁺氧化為Cr₂O₇^2-外，另一個(gè)作用是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O（用離子方程式表示）．
（3）過(guò)濾Ⅱ產(chǎn)生的沉淀是Al（OH）₃和Fe（OH）₃（填化學(xué)式）．
（4）鈉離子交換樹(shù)脂的原理為：Mⁿ⁺+nNaR═MR_n+nNa⁺，被交換的雜質(zhì)離子是Ca²⁺、Mg²⁺（填離子符號(hào)）．
（5）每生成1mol Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，消耗SO₂物的質(zhì)量為1.5mol．
（6）工業(yè)上可用電解法處理含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，具體方法是將含Cr₂O₇^2-的酸性廢水放入電解槽內(nèi)，加入適量的NaCl，以鐵和石墨為電極進(jìn)行電解．經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，生成Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去．
①鐵電極與直流電源正極（填“正極”或“負(fù)極”）相連，加入適量NaCl的目的是電解氯化鈉溶液得到NaOH，從而將Fe³⁺、Cr³⁺與OH^-反應(yīng)生成Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀；
②若電解后的溶液中c（Fe³⁺）為2.0×10^-13mol•L^-1，則溶液中c（Cr³⁺）為3×10^-6mol•L^-1（已知K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp=[Cr（OH）₃]=6.0×10^-31）

Answer 1

分析 硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，調(diào)節(jié)溶液的pH=1，然后過(guò)濾濾去不溶物；
濾液中加入雙氧水，雙氧水有強(qiáng)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(jià)離子；向溶液中加入NaOH并調(diào)節(jié)溶液的pH=4，根據(jù)離子生成沉淀所需溶液pH知，Al³⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，然后過(guò)濾，將濾液用鈉離子交換膜進(jìn)行交換，交換的離子是Ca²⁺、Mg²⁺；
然后向溶液中加入二氧化硫發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成 Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，
（1）酸浸是溶解物質(zhì)為了提高浸取率，可以升高溫度增大物質(zhì)溶解度，增大接觸面積增大反應(yīng)速率，或加快攪拌速度等；
（2）氧化過(guò)程中加入H₂O₂，除了把Cr³⁺氧化為Cr₂O₇^2-外，另一個(gè)作用時(shí)氧化亞鐵離子生成鐵離子；
（3）過(guò)濾Ⅱ產(chǎn)生的沉淀是氫氧化鐵、氫氧化鋁；
（4）鈉離子交換樹(shù)脂的原理為：Mⁿ⁺+nNaR═MR_n+nNa⁺，被交換的雜質(zhì)離子是鈣鎂離子；
（5）二氧化硫具有還原性，Cr₂O₇^2-具有強(qiáng)氧化性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸根離子和 Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算消耗SO₂物的質(zhì)量；
（6）①該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^(guò)亞鐵離子和Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe³⁺、Cr³⁺，然后利用堿性溶液使其轉(zhuǎn)化為Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去；
②若電解后的溶液中c（Fe³⁺）為2.0×10^-13mol•L^-1，根據(jù)氫氧化鐵溶度積常數(shù)計(jì)算氫氧根離子濃度，再根據(jù)氫氧化鉻溶度積常數(shù)計(jì)算溶液中c（Cr³⁺）．

解答 解：硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，調(diào)節(jié)溶液的pH=1，然后過(guò)濾濾去不溶物；
濾液中加入雙氧水，雙氧水有強(qiáng)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(jià)離子；向溶液中加入NaOH并調(diào)節(jié)溶液的pH=4，根據(jù)離子生成沉淀所需溶液pH知，Al³⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，然后過(guò)濾，將濾液用鈉離子交換膜進(jìn)行交換，交換的離子是Ca²⁺、Mg²⁺；
然后向溶液中加入二氧化硫發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成 Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，
（1）酸浸是溶解物質(zhì)為了提高浸取率，可以升高溫度增大物質(zhì)溶解度，增大接觸面積增大反應(yīng)速率，或加快攪拌速度等，符合條件是ABC，故選ABC；
（2）雙氧水有強(qiáng)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(jià)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：；
（3）過(guò)濾Ⅱ產(chǎn)生的沉淀是Al（OH）₃和Fe（OH）₃，故答案為：Al（OH）₃和Fe（OH）₃；
（4）鈉離子交換樹(shù)脂的原理為：Mⁿ⁺+nNaR═MR_n+nNa⁺，被交換的雜質(zhì)離子是Ca²⁺、Mg²⁺；
故答案為：Ca²⁺、Mg²⁺；
（5）二氧化硫具有還原性，Cr₂O₇^2-具有強(qiáng)氧化性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸根離子和 Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算消耗n（SO₂）=$\frac{1mol×（6-3）}{6-4}$=1.5mol，故答案為：1.5；
（6）①該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^(guò)亞鐵離子和Cr₂O₇^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe³⁺、Cr³⁺，然后利用堿性溶液使其轉(zhuǎn)化為Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去，所以Fe作電解池陽(yáng)極，連接原電池正極，陰極上水得電子生成氫氣和OH^-，F(xiàn)e³⁺、Cr³⁺與OH^-反應(yīng)生成，Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀，
故答案為：正極；電解氯化鈉溶液得到NaOH，從而將Fe³⁺、Cr³⁺與OH^-反應(yīng)生成Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀；
②若電解后的溶液中c（Fe³⁺）為2.0×10^-13mol•L^-1，溶液中c³（OH^-）=$\frac{{K}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}$，溶液中c（Cr³⁺）=$\frac{{K}_{sp}[Cr（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{6.0×1{0}^{-31}}{\frac{4.0×1{0}^{-38}}{2.0×1{0}^{-13}}}$mol/L=3×10^-6mol•L^-1，故答案為：3×10^-6mol•L^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)分離和提純及物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生基本操作、元素化合物性質(zhì)及綜合知識(shí)運(yùn)用能力，涉及氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)分離和提純、化學(xué)反應(yīng)速率影響因素、電解原理及難溶物溶解平衡原理等知識(shí)點(diǎn)，明確流程圖中各個(gè)步驟發(fā)生的反應(yīng)、采用的分離和提純方法、物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，注意流程圖中加入物質(zhì)的作用，題目難度中等．