Question

15．工业上利用电镀污泥（主要含有Fe₂O₃、CuO、Cr₂O₃及部分难溶杂质）回收铜和铬等金属，回收流程如图1：

已知部分物质沉淀的pH如下表，CaSO₄的溶解度曲线如图2：

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

（1）在浸出过程中除了生成Fe₂（SO₄）₃、Cr₂（SO₄）₃外，主要还有CuSO₄．
（2）在除铁操作中，需要除去Fe³⁺和CaSO₄，请完成相关操作：
①加入石灰乳调节pH范围是3.2～4.3，检验Fe³⁺已经除尽的操作是取适量滤液，加KSCN溶液，若不变红，则说明Fe³⁺已除；
②将浊液加热到80℃，趁热过滤
（3）写出还原步骤中加入NaHSO₃生成Cu₂O固体反应的离子方程式：2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺，此步骤中加入NaHSO₃得到Cu₂O的产率为95%，若NaHSO₃过量，除了浪费试剂外，还会出现的问题是产生SO₂污染环境．
（4）当离子浓度小于或等于1×10^-5mol•L^-1时可认为沉淀完全，若要使Cr³⁺完全沉淀则要保持c（OH^-）≥4.0×10^-9 mol•L^-1．[已知：K_sp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31，$\root{3}{63}$≈4.0]．

Answer 1

分析 （1）根据氧化铜和硫酸反应生成硫酸铜和水进行解答，向电镀污泥中加入硫酸，氧化铁、CuO、Cr₂O₃都与硫酸反应生成硫酸铁、硫酸铜和硫酸铬；
（2）根据图表可知铁离子完全沉淀pH为3.2，Cr³⁺开始沉淀PH=4.3，所以在除铁操作中，需要除去Fe³⁺和CaSO₄，硫酸钙溶解度随升高温度减小，易于除去；
（3）亚硫酸氢根离子具有强的还原性，能和铜离子之间发生反应生成硫酸根离子以及氧化亚铜，过量的碳酸氢根离子和酸反应会生成二氧化硫气体；
（4）根据Ksp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）•（OH^-）³来计算回答．

解答 解：（1）向电镀污泥中加入硫酸，氧化铁、CuO、Cr₂O₃都与硫酸反应生成硫酸铁、硫酸铜和硫酸铬，滤渣Ⅰ是难溶杂质，氧化铜和硫酸反应生成硫酸铜和水，所以在浸出过程中除了生成Fe₂（SO₄）₃、Cr₂（SO₄）₃外，主要还有硫酸铜，
故答案为：CuSO₄；
（2）根据图表可知铁离子完全沉淀pH为3.2，Cr³⁺开始沉淀PH=4.3，所以在除铁操作中，需要除去Fe³⁺和CaSO₄，相关操作：
①加入石灰乳调节pH到3.2～4.3，检验Fe³⁺已经除尽的操作是：取适量滤液，加KSCN溶液，若不变红，则说明Fe³⁺已除，
故答案为：3.2～4.3；取适量滤液，加KSCN溶液，若不变红，则说明Fe³⁺已除；
②将浊液加热到80，为避免溶质损失，硫酸钙溶解度随温度升高减小，需要趁热过滤，
故答案为：趁热过滤；
（3）硫酸氢根离子具有强的还原性，能和铜离子之间发生反应生成硫酸根离子以及氧化亚铜，发生的反应为：2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺，在酸性环境下，亚硫酸氢根离子和氢离子之间反应生成的二氧化硫具有毒性，能污染空气，
故答案为：2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺；产生SO₂污染环境；
（4）当离子浓度≤1×10^-5 mol•L^-1认为沉淀完全，若要使Cr³⁺完全沉淀则要保持c（OH^-）≥$\root{3}{\frac{Ksp}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{6.3×1{0}^{-31}}{1×1{0}^{-5}}}$=4.0×10^-9 mol•L^-1，
故答案为：4.0×10^-9 mol•L^-1．

点评 本题考查了离子方程式的书写、物质的分离等知识点，题目难度中等，注意会运用溶液的pH值对溶液中的离子进行分离，除杂的原则是：除去杂质且不引进新的杂质．