Question

2．工業上利用電鍍污泥 （主要含有Fe₂O₃、CuO、Cr₂O₃及部分難溶雜質） 回收銅和鉻等金屬，回收流程如圖1：

已知部分物質沉淀的pH及CaSO₄的溶解度曲線如圖2：

	Fe3+	Cu2+	Cr3+
開始沉淀pH	2.1	4.7	4.3
完全沉淀pH	3.2	6.7	a

（1）在浸出過程中除了生成Fe₂（SO₄）₃、Cr₂（SO₄）₃外，主要還有CuSO₄．
（2）在除鐵操作中，需要除去Fe³⁺和CaSO₄，請完成相關操作：
①加入石灰乳調節pH到約3.2～4.3，檢驗Fe³⁺已經除盡的操作是取適量濾液，加KSCN溶液，若不變紅，則說明Fe³⁺已除；
②將濁液加熱到80℃，趁熱過濾．
（3）寫出還原步驟中加入NaHSO₃生成Cu₂O固體反應的離子方程式：，此步驟中加入NaHSO₃得到Cu₂O的產率為95%，若NaHSO₃過量，除了浪費試劑外，還會出現的問題是產生SO₂污染環境．
（4）當離子濃度小于或等于1×10^-5mol•L^-1時可認為沉淀完全，若要使Cr³⁺完全沉淀則要保持 c（OH^-）≥4.0×10^-9 mol•L^-1．[已知：K_sp[Cr（OH）₃]=6.3×10^-31，$\root{3}{63}$≈4.0]．

Answer 1

分析 污泥（主要含有Fe₂O₃、CuO、Cr₂O₃及部分難溶雜質）回收銅和鉻等金屬，在污泥中加入硫酸酸浸，過濾，在濾液中加入熟石灰調節溶液PH沉淀鐵離子，加入亞硫酸氫鈉還原得到氧化亞銅，用來制備銅，加入氫氧化鈣調節溶液PH得到氫氧化鉻，得到金屬鉻，
（1）根據氧化銅和硫酸反應生成硫酸銅和水進行解答，向電鍍污泥中加入硫酸，氧化鐵、CuO、Cr₂O₃都與硫酸反應生成硫酸鐵、硫酸銅和硫酸鉻；
（2）根據圖表可知鐵離子完全沉淀pH為3.2，Cr³⁺開始沉淀PH=4.3，所以在除鐵操作中，需要除去Fe³⁺和CaSO₄，硫酸鈣溶解度隨升高溫度減小，易于除去；
（3）亞硫酸氫根離子具有強的還原性，能和銅離子之間發生反應生成硫酸根離子以及氧化亞銅，過量的碳酸氫根離子和酸反應會生成二氧化硫氣體；
（4）根據Ksp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）•（OH^-）³來計算回答．

解答 解：（1）向電鍍污泥中加入硫酸，氧化鐵、CuO、Cr₂O₃都與硫酸反應生成硫酸鐵、硫酸銅和硫酸鉻，濾渣Ⅰ是難溶雜質，氧化銅和硫酸反應生成硫酸銅和水，所以在浸出過程中除了生成Fe₂（SO₄）₃、Cr₂（SO₄）₃外，主要還有硫酸銅，
故答案為：CuSO₄；
（2）根據圖表可知鐵離子完全沉淀pH為3.2，Cr³⁺開始沉淀PH=4.3，所以在除鐵操作中，需要除去Fe³⁺和CaSO₄，相關操作：
①加入石灰乳調節pH到3.2～4.3，檢驗Fe³⁺已經除盡的操作是：取適量濾液，加KSCN溶液，若不變紅，則說明Fe³⁺已除，
故答案為：3.2～4.3；取適量濾液，加KSCN溶液，若不變紅，則說明Fe³⁺已除；
②將濁液加熱到80，為避免溶質損失，硫酸鈣溶解度隨溫度升高減小，需要趁熱過濾，
故答案為：趁熱過濾；
（3）硫酸氫根離子具有強的還原性，能和銅離子之間發生反應生成硫酸根離子以及氧化亞銅，發生的反應為：2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺，在酸性環境下，亞硫酸氫根離子和氫離子之間反應生成的二氧化硫具有毒性，能污染空氣，
故答案為：2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺；產生SO₂污染環境；
（4）當離子濃度≤1×10^-5 mol•L^-1認為沉淀完全，若要使Cr³⁺完全沉淀則要保持c（OH^-）≥=$\root{3}{\frac{Ksp}{c（C{r}^{3+}）}}$=$\root{3}{\frac{6.3×1{0}^{-31}}{1×1{0}^{-5}}}$=4.0×10^-9 mol•L^-1，
故答案為：4.0×10^-9 mol•L^-1．

點評 本題考查了離子方程式的書寫、物質的分離等知識點，題目難度中等，注意會運用溶液的pH值對溶液中的離子進行分離，除雜的原則是：除去雜質且不引進新的雜質．