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【题目】某工厂对工业污泥中的铬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如表所示:

阳离子

Fe3+

Fe2+

Mg2+

Al3+

Cr3+

开始沉淀时的pH

1.9

7

—

—

—

沉淀完全时的pH

3.2

9

11.1

8

9(>9溶解)

(1)实验室用98%(密度为1.84 g·cm-3)的浓硫酸配制200 mL 4.8 mol·L-1的硫酸溶液,配制时需要量取98%的浓硫酸的体积为_________mL(保留小数点后一位小数),所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、量筒外,还需______。

(2)过滤操作时,需要对沉淀进行洗涤,洗涤沉淀的方法是__________。

(3)加入H2O2的作用一方面是氧化+3价Cr使之转变成+6价Cr(CrO42-或Cr2O72-),以便于与杂质离子分离;另一方面是__________。(用离子方程式表示)

(4)调节溶液的pH=8除去的杂质离子是________。

(5)钠离子交换树脂的原理为Mn++nNaRMRn+nNa+,被交换的杂质离子是________。

(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+____SO2+___ ___=___Cr(OH)(H2O)5SO4+___Na2SO4。____

【答案】65.2 250 mL容量瓶、胶头滴管 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2~3次 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O Fe3+、Al3+ Ca2+、Mg2+ Na2Cr2O7+3SO2+11H2O=2CrOH(H2O)5SO4↓+Na2SO4

【解析】

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)浓硫酸物质的量浓度为==18.4mol/L,根据稀释定律,稀释前后溶质硫酸的物质的量不变,实验室中没有200 mL的容量瓶,应该选用250mL容量瓶配制,则需要浓硫酸体积为=0.0652L=65.2mL,需用到的玻璃仪器有:胶头滴管、玻璃棒、烧杯和100mL量筒、250mL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250mL容量瓶,胶头滴管,故答案为:65.2;250mL容量瓶,胶头滴管;

(2)过滤操作时,需要对沉淀进行洗涤,洗涤沉淀的方法是: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,加入H2O2的作用一方面是氧化+3价Cr使之转变成+6价Cr(CrO42-或Cr2O72-),以便于与杂质离子分离;另一方面Fe2+有还原性,Fe2+能被双氧水氧化为高价离子,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)依据表格数据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,还原过程中铬元素化合价+6价变化为+3价,Na2Cr2O~2CrOH(H2O)5SO4~6e-,硫元素化合价变化为+6价,SO2~SO42-~2e-,根据得失电子守恒,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:Na2Cr2O7+3SO2+11H2O=2CrOH(H2O)5SO4↓+Na2SO4。

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【题目】过渡金属的单质及化合物很多有催化性能,氯化铜、氯化亚铜经常用作有机合成催化剂。实验室中用氯气与粗铜(杂质只有Fe)反应,制备铜的氯化物的流程如下。

查阅资料:

氯化亚铜:白色微溶于水,在干燥空气中稳定,受潮则易变蓝到棕色,在热水中迅速水解生成氧化铜水合物而呈红色。

氯化铜:从水溶液中结晶时,在26~42℃得到二水物,在15℃以下得到四水物,在15~25.7℃得到三水物,在42℃以上得到一水物,在100℃得到无水物。

(1)现用如图所示的实验仪器及药品制备纯净、干燥的氯气并与粗铜反应(铁架台、铁夹省略)。

①按气流方向连接各仪器接口顺序是:a→_____、_____→h、i→_____、_____→_____。

②本套装置有两个仪器需要加热,加热的顺序为先_____后_____。

(2)分析流程:

①固体甲需要加稀盐酸溶解,其理由是_____;

②溶液甲可加试剂X用于调节pH以除去杂质,X可选用下列试剂中的(填序号)_____。

a Cu(OH)2 b NH3·H2O c CuO d CuSO4

查阅有关资料得到如下数据,常温下Fe(OH)3的溶度积Ksp=8.0×10-38,Cu(OH)2的溶度积Ksp=3.0×10-20,通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时就认为沉淀完全,设溶液中CuSO4的浓度为3.0 mol·L-1,则Cu(OH)2开始沉淀时溶液的pH为________,Fe3+完全沉淀时溶液的pH为________。(提示:lg2=0.3)

③完成溶液乙到纯净CuCl2·2H2O晶体的系列操作步骤为:加少量盐酸、蒸发浓缩、________、_______、洗涤、干燥。

(3)向溶液乙中加入适当的还原剂(如SO2、N2H4、SnCl2等),并微热得到CuCl沉淀,写出向乙溶液加入N2H4(氧化产物为无毒气体)的离子方程式:____________。

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