Question

5．某工厂对工业污泥中的Cr元素回收与再利用的工艺如图（已知硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr³⁺，其次是少量的Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）：

部分阳离子常温下以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：

阳离子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cr3+
开始沉淀时的pH	1.9	7.0	--	--	--
沉淀完全时的pH	3.2	9.0	11.1	8	9（＞9溶解）

（1）实验室用98%（密度为1.84g•cm^-3）的浓硫酸配制200mL 4.8mol•L^-1的硫酸溶液，配制时需要量取98%的浓硫酸的体积为52.2   mL（保留小数点后一位小数），所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、量筒和酸式滴定管外，还需200mL容量瓶，胶头滴管．
（2）过滤操作时，需要对沉淀进行洗涤，洗漆沉淀的方法是沿玻璃棒向漏斗中注入蒸馏水，至刚好浸没沉淀物，等蒸馏水自然流尽后，再重复操作2到3次．
（3）加入H₂O₂的作用一方面是氧化+3价Cr使之转变成+6价Cr（CrO₄^2-或Cr₂O₇^2-），以便于与杂质离子分离：另一方面是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．（离子方程式表示）
（4）调节溶液的pH=8除去的杂质离子是Al³⁺、Fe³⁺．
（5）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⁺．
（6）通SO₂气体时，还原过程发生以下反应（填写缺项物质并配平）：
Na₂Cr₂O₇+3SO₂+11H₂O=2Cr（OH）（H₂O）₅SO₄+1Na₂SO₄．

Answer 1

分析 含铬污泥预处理后，用硫酸浸取液中金属离子主要是Cr³⁺，其次是 Fe²⁺、Fe³⁺、A1³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，过滤除去不溶性杂质，然后加入过氧化氢氧化铬离子、亚铁离子为高价态，加入氢氧化钠溶液调节溶液PH=8使其他离子沉淀，过滤得到滤液用钠离子交换树脂交换镁离子，得到溶液中通入二氧化硫还原得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄．
（1）配制200mL溶液选取容量瓶，应选择200mL容量瓶，根据c=$\frac{1000ρw}{M}$计算浓硫酸物质的量浓度，再根据稀释定律计算需要浓硫酸体积；需用到的玻璃仪器有：胶头滴管、玻璃棒、烧杯和量筒、200mL容量瓶，根据浓硫酸体积选择量筒规格；
（2）过滤操作时，需要对沉淀进行洗涤，利用过滤装置进行洗涤，沉淀再滤纸上加入水浸没沉淀，待水自然流下再重复操作2到3次；
（3）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；
（4）图表中离子开始沉淀和完全沉淀的PH，调节pH至8，可使Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀；
（5）镁离子、钙离子沉淀的pH较大，可用离子交换法除去；
（6）通SO₂气体时，还原过程发生以下反应，铬元素化合价+6价变化为+3价，Na₂Cr₂O～2CrOH（H₂O）₅SO₄～6e^-，硫元素化合价变化为+6价，SO₂～SO₄^2-～2e-，电子守恒得到电子转移总数6e^-．

解答 解：（1）根据c=$\frac{1000ρw}{M}$可知，浓硫酸物质的量浓度为$\frac{1000×1.84×98%}{98}$mol/L=18.4mol/L，根据稀释定律，稀释前后溶质硫酸的物质的量不变，则需要浓硫酸体积为$\frac{0.2L×4.8mol/L}{18.4mol/L}$=0.0522L=52.2mL，需用到的玻璃仪器有：胶头滴管、玻璃棒、烧杯和100mL量筒、200mL容量瓶，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、量筒和酸式滴定管外，还需200mL容量瓶，胶头滴管，
故答案为：52.2；200mL容量瓶，胶头滴管；
（2）过滤操作时，需要对沉淀进行洗涤，洗漆沉淀的方法是：沿玻璃棒向漏斗中注入蒸馏水，至刚好浸没沉淀物，等蒸馏水自然流尽后，再重复操作2到3次，
故答案为：沿玻璃棒向漏斗中注入蒸馏水，至刚好浸没沉淀物，等蒸馏水自然流尽后，再重复操作2到3次；
（3）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：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）依据图表中离子开始沉淀和完全沉淀的PH，调节pH至8，可使Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，故答案为：Al³⁺、Fe³⁺；
（5）因镁离子、钙离子沉淀的pH较大，可用离子交换法除去，故答案为：Ca²⁺、Mg²⁺；
（6）通SO₂气体时，还原过程发生以下反应，铬元素化合价+6价变化为+3价，Na₂Cr₂O～2CrOH（H₂O）₅SO₄～6e^-，硫元素化合价变化为+6价，SO₂～SO₄^2-～2e-，电子守恒得到电子转移总数6e^-，结合原子守恒配平得到化学方程式：Na₂Cr₂O₇+3SO₂+11H₂O=2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄，
故答案为：1，3，11H₂O，2，1．

点评 本题考查较为综合，涉及物质的分离、提纯、制备以及难溶电解质的溶解平衡，为高考常见题型，侧重考查学生的分析能力和实验能力，注意把握物质的性质、题给信息以及计算的思路，题目难度中等．