题目内容
【题目】铜、铬都是用途广泛的金属.工业上利用电镀污泥(主要含有Fe2O3、CuO、Cr2O3及部分难溶杂质)回收金属铜和铬的流程如图甲,已知:部分物质沉淀的pH如表:
Fe3+ | Cu2+ | Cr3+ | |
开始沉淀pH | 2.1 | 4.7 | 4.3 |
完全沉淀pH | 3.2 | 6.7 | a |
CaSO4的溶解度曲线如图乙,请回答下列问题:
(1)滤液I中所含溶质主要有(填化学式).
(2)第②步操作中,先加人Ca(OH)2调节溶液的pH,调节范围为 , 然后将浊液加热至80℃趁热过滤,所得滤渣Ⅱ的成分为 .
(3)第③步操作中,发现除了生成砖红色沉淀外,还产生了无色刺激性气味的气体.写出该步骤中发生反应的离子方程式
(4)当离子浓度≤1×10﹣5molL﹣1l时,可以认为离子沉淀完全.第④步操作中,若要使Cr3+完全沉淀,则室温下溶液中a的最小值为 . (已知Kap[Cr(OH)3]=6.3×10﹣31 , ≈4.0;lg4=0.6)
(5)Cr(OH)3受热分解为Cr2O3 , 用铝热法可以冶炼金属铬.写出铝热法炼铬的化学方程式 .
【答案】
(1)Fe2(SO4)3、Cr2(SO4)3、CuSO4
(2)3.2≤pH<4.3;Fe(OH)3、CaSO4
(3)2H2O+HSO3﹣+2Cu2+=Cu2O↓+SO42﹣+5H+、HSO3﹣+H+=SO2↑+H2O
(4)5.6
(5)Cr2O3+2Al Al2O3+2Cr
【解析】解:向泥料中加入稀硫酸,发生反应Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O、CuO+H2SO4=CuSO4+H2O、Cr2O3+3H2SO4=Cr2(SO4)3+3H2O,然后过滤得到滤渣I和滤液I,滤液I中溶质为Fe2(SO4)3、Cr2(SO4)3、CuSO4 , 向滤液中加入Ca(OH)2 , 并调节溶液pH,根据流程图中滤液II中含有Cr3+、Cu2+ , 不含Fe3+ , 说明滤渣II中含有Fe(OH)3 , 硫酸钙属于微溶物,所以沉淀II成分为Fe(OH)3、CaSO4 , 要使Cr3+、Cu2+不沉淀而Fe3+发生沉淀,根据离子生成沉淀需要pH值知,溶液的pH范围为3.2﹣4.3之间;向滤液中加入NaHSO3 , 亚硫酸氢钠具有还原性、铜离子具有氧化性,二者发生氧化还原反应生成硫酸和砖红色沉淀Cu2O,硫酸和亚硫酸氢根离子反应生成二氧化硫,离子方程式为2H2O+HSO3﹣+2Cu2+=Cu2O↓+SO42﹣+5H+、HSO3﹣+H+=SO2↑+H2O,过滤得到Cu2O,向滤液中加入NaOH并调节溶液pH,发生反应Cr3++3OH﹣=Cr(OH)3↓,滤液IV中含有NaOH、Na2SO4 , (1)通过以上分析知,滤液I中溶质成分为Fe2(SO4)3、Cr2(SO4)3、CuSO4 , 所以答案是:Fe2(SO4)3、Cr2(SO4)3、CuSO4;(2)Fe3+完全沉淀需要的pH≥3.2,pH=4.3时Cr3+开始产生沉淀,要使铁离子完全沉淀而其它离子不沉淀,则pH范围为:3.2≤pH<4.3,通过以上分析知,沉淀II成分为Fe(OH)3、CaSO4 , 所以答案是:3.2≤pH<4.3; Fe(OH)3、CaSO4;(3)亚硫酸氢钠具有还原性、铜离子具有氧化性,二者发生氧化还原反应生成硫酸和砖红色沉淀Cu2O,硫酸和亚硫酸氢根离子反应生成二氧化硫,离子方程式为2H2O+HSO3﹣+2Cu2+=Cu2O↓+SO42﹣+5H+、HSO3﹣+H+=SO2↑+H2O,所以答案是:2H2O+HSO3﹣+2Cu2+=Cu2O↓+SO42﹣+5H+、HSO3﹣+H+=SO2↑+H2O;(4)当离子浓度≤1×10﹣5molL﹣1时,可以认为离子沉淀完全,若要使Cr3+完全沉淀,则c(Cr3+)≤1×10﹣5molL﹣1 , c(OH﹣)= =
mol/L=4.0×10﹣9 mol/L,c(H+)=
=2.5×10﹣6mol/L,则溶液的pH=﹣lg2.5×10﹣6=5.6,
所以答案是:5.6;(5)Cr2O3和Al高温下发生铝热反应生成氧化铝和Cr,反应方程式为Cr2O3+2Al Al2O3+2Cr,所以答案是:Cr2O3+2Al
Al2O3+2Cr.
