Question

4．某工厂对制革工业污泥中 Cr 元素的回收与再利用工艺如图（硫酸浸取液中的金属离子主要是 Cr³⁺，其次是 Fe²⁺、Fe³⁺、A1³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺）

常温下部分阳离子以氢氧化物沉淀形式存在时溶液的 pH 见表：

阳离子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cu2+	Cr3+
开始沉淀时的 pH	1.9	7.0	9.3	3.7	4.7	…
沉淀完全时的 pH	3.2	9.0	11.1	5.2	6.7	9（＞9溶解）

（1）Cr（OH） （H₂O）₅SO₄中，Cr元素的化合价为+3．
（2）加人H₂O₂目的是：①氧化Cr³⁺离子． ②氧化Fe²⁺离子，其有关反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）针铁矿（ Coethite）是以德国诗人歌德（ Coethe）名字命名的，组成元素是 Fe、H、O，化学式量为89，其化学式是FeO（OH）；用化学反应原理解释生成针铁矿的过程在滤液中存在Fe³⁺+2H₂O?FeO（OH）+3H⁺的平衡，调pH时消耗H⁺，使上述平衡向右移动，不断生成FeO（OH）．
（4）调 pH=8是为了将Al³⁺、Cu²⁺离子（从 Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺中选择）以氢氧化物沉淀的形式除去．钠离子交换树脂的原理为：Mⁿ⁺+nNaR═MR_n+nNa⁺，被交換的杂质离子是Mg²⁺．
（5）Na₂Cr₂O₇溶液中通入SO₂生成Cr（OH）（H₂O）₅SO₄ 的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：3．

Answer 1

分析 含铬污泥预处理后，用硫酸浸取液中金属离子主要是Cr³⁺，其次是 Fe²⁺、Fe³⁺、A1³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺，过滤除去不溶性杂质，然后加入过氧化氢氧化铬离子为高价态，加入氢氧化钠溶液调节溶液PH=8使其他离子沉淀，过滤得到滤液用钠离子交换树脂交换镁离子，得到溶液中通入二氧化硫还原得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，以此解答该题．

解答 解：（1）Cr（OH） （H₂O）₅SO₄中，O为-2价、H为+1价，S为+6价，由化合价代数和为0可知，Cr元素的化合价为+3，故答案为：+3；
（2）双氧水有强氧化性，能氧化还原性的物质，Fe²⁺和Cr³⁺有还原性，Fe²⁺和Cr³⁺能被双氧水氧化为高价离子，以便于与杂质离子分离，其中Fe²⁺反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：Fe²⁺；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）针铁矿组成元素是Fe、H、O，化学式量为89，则1mol该物质中应含有1molFe，则H、O的质量为89-56=33，可知应含有2molO和1molH，化学式应为FeO（OH），在溶液中存在Fe³⁺+2H₂O?FeO（OH）+3H⁺，为铁离子的水解过程，可加入碱调pH时消耗H⁺，使上述平衡向右移动，不断生成FeO（OH），
故答案为：FeO（OH）；在滤液中存在Fe³⁺+2H₂O?FeO（OH）+3H⁺的平衡，调pH时消耗H⁺，使上述平衡向右移动，不断生成FeO（OH）；
（4）调节pH至5-8，可使Al³⁺、Cu²⁺生成沉淀，因镁离子沉淀的pH较大，可用离子交换法除去，故答案为：Al³⁺、Cu²⁺；Mg²⁺；
（5）通入二氧化硫发生3SO₂+Na₂Cr₂O₇+11H₂O=2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄，可知氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：3，故答案为：1：3．

点评 本题考查较为综合，涉及物质的分离、提纯、制备以及难溶电解质的溶解平衡，为高考常见题型，侧重考查学生的分析能力和实验能力，注意把握物质的性质、题给信息以及计算的思路，难度中等．