Question

4．电镀工业会产生大量的电镀污水，处理电镀污水时会产生大量的电镀污泥．电镀污泥含．有多种金属氢氧化物和杂质．下面是处理某种电镀污泥回收铜、镍元素的一种工业流程．

电镀污泥用硫酸浸出后得到的浸出液中各金属离子浓度见下表．

金属离子	Cu3+	Ni3+	Fe3+	Al3+	Cr3+
浓度（mg/L）	7000	7000	2500	4200	3500

（1）硫酸浸出过程中，为提高浸出速率，可以采取的措施有加热、增大硫酸浓度、搅拌（写出两条）．
（2）在电解回收铜的过程中，为提高下一步的除杂效果，需控制电解电压稍大一些使Fe²⁺氧化，则磷酸盐沉淀中含有的物质为FePO₄、CrPO₄、AlPO₄．
（3）假设电解前后Ni²⁺浓度基本不变，若使Ni²⁺在除杂过程不损失，则溶液中P0₄^3-浓度不能超过$\sqrt{\frac{5×1{0}^{-31}}{（\frac{7}{59}）^{3}}}$mol．L^-l．（列出计算表达式，Ksp[Ni₃（P0₄）₂]=5xl0^-31）
（4）滤液中的Na₃PO₄可回收循环使用；研究发现当NaOH溶液浓度过大时，部分铝元素和铬元素会在滤液中出现，滤液中出现铝元素的原因为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O（用离子方程式解释）．
（5）Ni（OH）₂是镍氢蓄电池的正极材料，在碱性电解质中，电池充电时Ni（OH）₂变为NiOOH，则电池放电时正极的电极反应式为NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-．
（6）电镀污水中的Cr元素也可以用铁氧体法处理，原理为在废水中加入过量的FeS0₄，在酸性条件下Cr₂0₇^2-被还原为Cr³⁺，同时生成Fe³⁺；再加入过量的强碱生成铁铬氧体（Cr_xFe_3-xO₄）沉淀．写出加入过量强碱生成铁铬氧体（ Cr_xFe_3-xO₄）沉淀的离子方程式xCr³⁺+Fe²⁺+（2-x）Fe³⁺+8OH^-=Cr_xFe_3-xO₄↓+4H₂O．

Answer 1

分析 电镀污泥加入硫酸浸出，通过电解得到铜，电解液中加入磷酸钠得到磷酸盐沉淀，加入氢氧化钠溶液溶解过滤得到氢氧化物沉淀，滤液主要是硫酸镍溶液，通过调节溶液PH使镍沉淀，过滤得到氢氧化镍，
（1）为提高浸出速率可以升温、搅拌、增大硫酸浓度等措施；
（2）镀污泥用硫酸浸出后得到的浸出液中各金属离子浓度可知，形成磷酸盐沉淀应为亚铁离子、铝离子和铬离子；
（3）依据浸出液中各金属离子浓度计算Ni离子物质的量浓度，结合溶度积常数计算溶液中P0₄^3-浓度；
（4）循环使用的物质是指参加反应过程最后又生成的物质，铝离子结合氢氧根离子生成的氢氧化铝沉淀是两性氢氧化物能溶于氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠溶液；
（5）放电时，该装置是原电池，Cd为负极，电极反应式为Cd-2e-+2OH^-=Cd（OH）₂，正极反应式为NiOOH+H₂O+e^-═Ni（OH）₂+OH^-；
（6）在废水中加入过量的FeS0₄，在酸性条件下Cr₂0₇^2-被还原为Cr³⁺，同时生成Fe³⁺；再加入过量的强碱生成铁铬氧体（Cr_xFe_3-xO₄）沉淀．写出加入过量强碱生成铁铬氧体（ Cr_xFe_3-xO₄）沉淀，依据原子守恒和电荷守恒书写离子方程式；

解答 解：（1）硫酸浸出过程中，为提高浸出速率，可以采取的措施有加热、增大硫酸浓度、搅拌等，
故答案为：加热、增大硫酸浓度、搅拌；
（2）在电解回收铜的过程中，为提高下一步的除杂效果，需控制电解电压稍大一些使Fe²⁺氧化，则磷酸盐沉淀中含有的物质为，镀污泥用硫酸浸出后得到的浸出液中各金属离子浓度可知，形成磷酸盐沉淀应为亚铁离子、铝离子和铬离子，形成的沉淀为：FePO₄、CrPO₄、AlPO₄，
故答案为：FePO₄、CrPO₄、AlPO₄；
（3）浸出液中各金属离子浓度可知Ni²⁺浓度7000mg/L=7g/L，c（Ni）=$\frac{\frac{7g}{59g/mol}}{1L}$=$\frac{7}{59}$mol/L，若使Ni²⁺在除杂过程不损失，则溶液中P0₄^3-浓度不能超过Ksp[Ni₃（P0₄）₂]=c³（Ni²⁺）×c²（P0₄^3-）=5×l0^-31，c（P0₄^3-）=$\sqrt{\frac{5×1{0}^{-31}}{（\frac{7}{59}）^{3}}}$mol/L，
故答案为：$\sqrt{\frac{5×1{0}^{-31}}{（\frac{7}{59}）^{3}}}$；
（4）滤液中循环使用的物质是指参加反应过程最后又生成的物质，分析流程可知磷酸钠参与反应过程最后又生成可以循环使用，当NaOH溶液浓度过大时，部分铝元素和铬元素会在滤液中出现，铝离子结合氢氧根离子生成的氢氧化铝沉淀是两性氢氧化物能溶于氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠溶液，滤液中出现铝元素的原因是氢氧化铝溶于氢氧化钠溶液，反应的离子方程式为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Na₃PO₄，Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（5）放电时，正极发生还原反应，NiOOH被还原生成Ni（OH）₂，电极方程式为NiOOH+H₂O+e^-═Ni（OH）₂+OH^-，
故答案为：NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-；
（6）在废水中加入过量的FeS0₄，在酸性条件下Cr₂0₇^2-被还原为Cr³⁺，同时生成Fe³⁺；再加入过量的强碱生成铁铬氧体（Cr_xFe_3-xO₄）沉淀，加入过量强碱生成铁铬氧体（ Cr_xFe_3-xO₄）沉淀的离子方程式为：xCr³⁺+Fe²⁺+（2-x） Fe³⁺+8OH^-=Cr_xFe_3-xO₄↓+4H₂O
故答案为：xCr³⁺+Fe²⁺+（2-x） Fe³⁺+8OH^-=Cr_xFe_3-xO₄↓+4H₂O；

点评 本题考查了物质分离提纯的过程分析判断，离子性质、离子反应、溶度积常数的计算，注意化学反应原理和化学方程式书写的理解应用，题目难度中等．