Question

7．铬及其化合物在工业上有许多用途，但化工废料铬渣对人体健康有很大危害，以制革工也产生的含铬污泥为原料，回收污泥中三价铬的工艺流程图如图所示（硫酸浸取液中金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）
：

常温下部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

阳离子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cr3+
开始沉淀时的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）

回答下列问题：
（1）能提高浸取时三价铬的浸取率的措施有ABC（填字母）
A．将含铬污泥粉碎并适当延长浸取时间
B．升高温度并不断搅拌
C．多次浸取，合并浸取液
D．缩短浸取时间
（2）氧化过程中加入H₂O₂，除了把Cr³⁺氧化为Cr₂O₇^2-外，另一个作用是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O（用离子方程式表示）．
（3）过滤Ⅱ产生的沉淀是Al（OH）₃和Fe（OH）₃（填化学式）．
（4）钠离子交换树脂的原理为：Mⁿ⁺+nNaR═MR_n+nNa⁺，被交换的杂质离子是Ca²⁺、Mg²⁺（填离子符号）．
（5）每生成1mol Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，消耗SO₂物的质量为1.5mol．
（6）工业上可用电解法处理含Cr₂O₇^2-的酸性废水，具体方法是将含Cr₂O₇^2-的酸性废水放入电解槽内，加入适量的NaCl，以铁和石墨为电极进行电解．经过一段时间后，生成Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去．
①铁电极与直流电源正极（填“正极”或“负极”）相连，加入适量NaCl的目的是电解氯化钠溶液得到NaOH，从而将Fe³⁺、Cr³⁺与OH^-反应生成Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀；
②若电解后的溶液中c（Fe³⁺）为2.0×10^-13mol•L^-1，则溶液中c（Cr³⁺）为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 硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，调节溶液的pH=1，然后过滤滤去不溶物；
滤液中加入双氧水，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；向溶液中加入NaOH并调节溶液的pH=4，根据离子生成沉淀所需溶液pH知，Al³⁺、Fe³⁺转化为沉淀，然后过滤，将滤液用钠离子交换膜进行交换，交换的离子是Ca²⁺、Mg²⁺；
然后向溶液中加入二氧化硫发生氧化还原反应生成 Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，
（1）酸浸是溶解物质为了提高浸取率，可以升高温度增大物质溶解度，增大接触面积增大反应速率，或加快搅拌速度等；
（2）氧化过程中加入H₂O₂，除了把Cr³⁺氧化为Cr₂O₇^2-外，另一个作用时氧化亚铁离子生成铁离子；
（3）过滤Ⅱ产生的沉淀是氢氧化铁、氢氧化铝；
（4）钠离子交换树脂的原理为：Mⁿ⁺+nNaR═MR_n+nNa⁺，被交换的杂质离子是钙镁离子；
（5）二氧化硫具有还原性，Cr₂O₇^2-具有强氧化性，二者发生氧化还原反应生成硫酸根离子和 Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，根据转移电子守恒计算消耗SO₂物的质量；
（6）①该实验目的是通过亚铁离子和Cr₂O₇^2-发生氧化还原反应生成Fe³⁺、Cr³⁺，然后利用碱性溶液使其转化为Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去；
②若电解后的溶液中c（Fe³⁺）为2.0×10^-13mol•L^-1，根据氢氧化铁溶度积常数计算氢氧根离子浓度，再根据氢氧化铬溶度积常数计算溶液中c（Cr³⁺）．

解答 解：硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，调节溶液的pH=1，然后过滤滤去不溶物；
滤液中加入双氧水，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；向溶液中加入NaOH并调节溶液的pH=4，根据离子生成沉淀所需溶液pH知，Al³⁺、Fe³⁺转化为沉淀，然后过滤，将滤液用钠离子交换膜进行交换，交换的离子是Ca²⁺、Mg²⁺；
然后向溶液中加入二氧化硫发生氧化还原反应生成 Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，
（1）酸浸是溶解物质为了提高浸取率，可以升高温度增大物质溶解度，增大接触面积增大反应速率，或加快搅拌速度等，符合条件是ABC，故选ABC；
（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：；
（3）过滤Ⅱ产生的沉淀是Al（OH）₃和Fe（OH）₃，故答案为：Al（OH）₃和Fe（OH）₃；
（4）钠离子交换树脂的原理为：Mⁿ⁺+nNaR═MR_n+nNa⁺，被交换的杂质离子是Ca²⁺、Mg²⁺；
故答案为：Ca²⁺、Mg²⁺；
（5）二氧化硫具有还原性，Cr₂O₇^2-具有强氧化性，二者发生氧化还原反应生成硫酸根离子和 Cr（OH）（H₂O）₅SO₄，根据转移电子守恒计算消耗n（SO₂）=$\frac{1mol×（6-3）}{6-4}$=1.5mol，故答案为：1.5；
（6）①该实验目的是通过亚铁离子和Cr₂O₇^2-发生氧化还原反应生成Fe³⁺、Cr³⁺，然后利用碱性溶液使其转化为Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去，所以Fe作电解池阳极，连接原电池正极，阴极上水得电子生成氢气和OH^-，Fe³⁺、Cr³⁺与OH^-反应生成，Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀，
故答案为：正极；电解氯化钠溶液得到NaOH，从而将Fe³⁺、Cr³⁺与OH^-反应生成Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀；
②若电解后的溶液中c（Fe³⁺）为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，故答案为：3×10^-6mol•L^-1．

点评 本题考查物质分离和提纯及物质制备，为高频考点，侧重考查学生基本操作、元素化合物性质及综合知识运用能力，涉及氧化还原反应、物质分离和提纯、化学反应速率影响因素、电解原理及难溶物溶解平衡原理等知识点，明确流程图中各个步骤发生的反应、采用的分离和提纯方法、物质性质是解本题关键，注意流程图中加入物质的作用，题目难度中等．