题目内容

15．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：

已知：部分物质沉淀的pH如表：
Fe3+Cu2+Cr3+
开始沉淀pH2.14.74.3
完全沉淀pH3.26.7a

请回答下列问题：
（1）滤液I中所含溶质主要有Fe2（SO4）3、Cr2（SO4）3、CuSO4（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3.2≤pH＜4.3，然后将浊液加热至80℃趁热过滤，所得滤渣Ⅱ的成分为Fe（OH）3、CaSO4．
（3）当离子浓度≤1×10-5mol•L-1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5.6．
（已知：Kap[Cr（OH）3]=6.3×10-31，$\root{3}{63}$≈4.0；lg4=0.6）
（4）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Cr2O3+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al2O3+2Cr．

分析 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，据此分析解答．

解答 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，
故答案为：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，
故答案为：3.2≤pH＜4.3； Fe（OH）3、CaSO4；
（3）当离子浓度≤1×10-5mol•L-1时，可以认为离子沉淀完全，若要使Cr3+完全沉淀，则c（Cr3+）≤1×10-5mol•L-1，c（OH-）=$\root{3}{\frac{Ksp}{c（Cr{\;}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{6.3×10{\;}^{-31}}{10{\;}^{-5}}}$mol/L=4.0×10-9 mol/L，c（H+）=$\frac{10{\;}^{-14}}{4.0×10{\;}^{-9}}$=2.5×10-6mol/L，则溶液的pH=-lg2.5×10-6=5.6，
故答案为：5.6；
（4）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$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al2O3+2Cr，故答案为：Cr2O3+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al2O3+2Cr．

点评 本题考查物质的分离和提纯综合应用，为高考高频点，涉及难溶物的溶解平衡、金属冶炼、基本实验操作等知识点，侧重考查分析、计算及实验操作能力，熟悉流程图中涉及的反应、基本操作，难点是溶度积常数计算．

练习册系列答案
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8．Na2CO3+CO2+H2O═2NaHCO3的反应类型是（　　）
A．化合反应B．分解反应C．置换反应D．复分解反应
6．按要求完成下列实验报告：
实验名称：氯水的性质实验
实验目的：验证氯水：①有酸性，②有漂白性（氧化性），③存在Cl-
实验用品：主要仪器用品：试管、胶头滴管．
选用试剂：新制的饱和氯水、NaOH溶液、滴有酚酞的NaOH溶液，请添加其他必需试剂：品红溶液、硝酸银溶液、稀硝酸．
实验步骤：依次验证氯水的上述三项化学性质．
实验记录表：
步骤编号操作过程实验现象实验结论
①氯水有酸性
②氯水有漂白性
③氯水中存在Cl-
实验探究：如果你在步骤①中使用了滴有酚酞的NaOH溶液，如何验证步骤①中氯水是否表现出漂白性？
3．某混合溶液中可能大量含有的离子如下表所示：
阳离子H+、K+、Al3+、NH4+、Mg2+
阴离子Cl-、Br-、OH-、CO32-、AlO2-
为探究其成分，某同学将Na2O2逐渐加入到上述混合溶液中并微热，产生沉淀和气体的物质的量与加入Na2O2的物质的量的关系分别如图所示．

（1）该溶液中一定含有的阳离子是H+、Al3+、NH4+、Mg2+，其对应物质的量浓度之比为2：2：2：3，溶液中一定不存在的阴离子是OH-、CO32-、AlO2-．
（2）a=1，b=7，c=9．
（3）写出下列离子方程式：
AB段2Na2O2+2H2O=4Na++4OH-+O2↑、NH4++OH-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH3+H2O
CD段Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O．
10．下列变化中，需加入还原剂才能实现的是（　　）
A．HCO3-→CO2B．MnO4-→Mn2+C．FeO→Fe3O4D．Cl-→Cl2
20．在由水电离出的c（H+）水•c（OH-）水=10-24的溶液中一定大量共存的离子组是（　　）
A．Fe2+、Na+、NO3-、Cl-B．Ba2+、Na+、NO3-、Cl-
C．SO42-、SO32-、NH4+、Na+D．Mg2+、Na+、Br-、AlO2-
7．下列各图象中，横坐标为向某溶液中加（通）入某反应物的物质的量，纵坐标为沉淀物的量，则下列叙述中正确的是（　　）
A．
向氯化铝溶液中加入过量的氨水
B．
向饱和石灰水中通入过量的CO2气体
C．
向MgCl2、AlCl3的混合液中逐滴加入NaOH溶液至过量
D．
向含少量NaOH的偏铝酸钠溶液中通入过量的HCl气体
4．设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是（　　）
A．标准状况下，11.2 L 水中含有的分子数为0.5NA
B．标准状况下，22.4LN2中含有的原子数为NA
C．23g Na与足量H2O反应转移的电子数为NA
D．物质的量浓度为1 mol•Lˉ1的K2SO4溶液中，含2 NA个K+
5．在溶液中加入足量Na2O2后仍能大量共存的离子组是（　　）
A．Ca2+、Fe2+、NO3-、HCO3-B．H+、Ba2+、Cl-、NO3-
C．K+、AlO2-、Cl-、SO42-D．Na+、Cl-、CO32-、SO32-

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