Question

7．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）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2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺、HSO₃^-+H⁺=SO₂↑+H₂O
（4）当离子浓度≤1×10^-5mol•L^-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5.6．（已知K_ap[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31，$\root{3}{63}$≈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Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr．

Answer 1

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↓+SO₄^2-+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↓+SO₄^2-+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）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↓+SO₄^2-+5H⁺、HSO₃^-+H⁺=SO₂↑+H₂O，
故答案为：2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺、HSO₃^-+H⁺=SO₂↑+H₂O；
（4）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^-）=$\root{3}{\frac{Ksp}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{6.3×1{0}^{-31}}{1{0}^{-5}}}$mol/L=4.0×10^-9 mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{4.0×1{0}^{-9}}$=2.5×10^-6mol/L，则溶液的pH=-lg2.5×10^-6=5.6，
故答案为：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$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$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．