Question

3．含铬的废水具有毒性，必须进行处理才能排放．某同学取某工业强酸性废水中主要含有Cr³⁺，同时还含有少量的Fe²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等，在实验室进行回收与再利用工艺．其主要流程处理如下

已知：Cr（OH）₃$\stackrel{NaOH}{→}$NaCrO₂$\stackrel{Cl_{2}}{→}$Na₂CrO₄$\stackrel{酸化}{→}$Na₂Cr₂O₇
（1）操作Ⅰ的名称过滤，试剂甲作用是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，滤渣Ⅰ的主要成分为Fe（OH）₃（写化学式）．
（2）实验中所用NaOH溶液的浓度为6mol•L^-1，现用NaOH固体配制250mL 6mol•L^-1 的NaOH溶液，除烧杯、玻璃棒外，还必需用到的玻璃仪器有250mL容量瓶、胶头滴管．
（3）废水处理流程中生成滤渣Ⅲ的离子方程式为2H₂O+A1O₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（4）对滤液Ⅳ进行冰浴便可得到Na₂Cr₂O₇，过滤后，应用少量冷水洗涤Na₂Cr₂O₇，其目的是除去晶体表面残留的杂质，减小Na₂Cr₂O₇的损耗．
（5）已知铬对环境能造成严重污染．过去处理含铬废水的方法是废液中加入焦亚硫酸钠（Na₂S₂O₅）将Cr₂O₇^2-转化为毒性较低的Cr³⁺，再调节pH为8使铬元素沉降．
①Na₂S₂O₅参加反应的离子方程式为3S₂O₅^2-+2Cr₂O₇^2-+10H⁺=6SO₄^2-+4Cr³⁺+5H₂O．
②经上述工艺处理后的滤液中，理论上Cr³⁺浓度约为3.12×10^-8mg•L^-1．（已知K_sp[Cr（OH）₃]≈6×10^-31）

Answer 1

分析 工业废水中含有Cr³⁺，同时还含有少量的Fe²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等，且酸性较强，根据流程图知，工业废水中加入试剂甲后溶液中没有Fe²⁺，说明废水中的Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，甲应该具有强氧化性，且不能引进杂质，则试剂甲为双氧水；向溶液中加入过量NaOH溶液，Fe³⁺转化为氢氧化物沉淀，根据题给信息可知，Al³⁺、Cr³⁺和过量NaOH反应生成可溶性的钠盐，然后采用过滤方法得到滤渣I、滤液I，滤渣I为Fe（OH）₃，滤液Ⅱ中含有NaAlO₂、NaCrO₂、NaOH，加入试剂病生成CrO₄^2-，丙应具有氧化性，应为氯气，然后在滤液中通过过量的二氧化碳，可生成滤渣Ⅲ为Al（OH）₃，滤液Ⅳ经冰浴、过滤得到Na₂Cr₂O₇，以此解答该题．

解答 解：（1）由以上分析可知操作I用于分离固体和液体，为过滤操作，甲应该具有强氧化性，将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，滤渣Ⅰ的主要成分为Fe（OH）₃，
故答案为：过滤；将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；Fe（OH）₃；
（2）NaOH固体配制250mL 6mol•L^-1 的NaOH溶液，需要用到称量、溶解、移液以及定容等操作，除烧杯、玻璃棒外，还必需用到的玻璃仪器有250 mL容量瓶、胶头滴管，
故答案为：250 mL容量瓶、胶头滴管；
（3）偏铝酸钠和过量二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，所以废水处理流程中生成滤渣III的离子方程式为2H₂O+A1O₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案为：2H₂O+A1O₂^-+CO₂=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）用少量冷水洗涤Na₂Cr₂O₇，可除去晶体表面残留的杂质，减小Na₂Cr₂O₇的损耗，
故答案为：除去晶体表面残留的杂质，减小Na₂Cr₂O₇的损耗；
（5）①焦亚硫酸钠（Na₂S₂O₅）将Cr₂O₇^2-转化为毒性较低的Cr³⁺，同时焦亚硫酸钠被氧化为硫酸钠，其反应的离子方程式为：3S₂O₅^2-+2Cr₂O₇^2-+10H⁺=6SO₄^2-+4Cr³⁺+5H₂O；
故答案为：3S₂O₅^2-+2Cr₂O₇^2-+10H⁺=6SO₄^2-+4Cr³⁺+5H₂O；
②pH约为8，则c（OH^-）=10^-6mol/L，已知K_sp[Cr（OH）₃]≈6×10^-31，c（Cr³⁺）=$\frac{6×1{0}^{-31}}{（1{0}^{-6}）^{3}}$=6×10^-13mol/L，则1L溶液中Cr元素的质量为6×10^-13mol×52g/mol=3.12×10^-11g=3.12×10^-8mg，则理论上Cr³⁺浓度约为3.12×10^-8mg/L，
故答案为：3.12×10^-8．

点评 本题考查物质的制备的综合应用，为高频考点和常见题型，把握物质的制备方法、溶度积常数的计算为解答的关键，注意信息的应用及相关计算，侧重分析与实验、计算能力的综合考查，题目难度中等．