Question

11．鉻及其化合物在工業上有許多用途，但化工廢料鉻渣對人體健康有很大危害．
以制革工業產生的污泥為原料，回收污泥中三價鉻的工藝流程如圖所示，（硫酸浸取液中金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺）：

部分陽離子常溫下以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：

陽離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cu2+	Cr3+
開始沉淀時的pH	1.9	7.0	--	--	4.7	--
沉淀完全時的pH	3.2	9.0	11.1	8	6.7	9 （＞9溶解）

（1）能提高酸浸時三價鉻的浸取率的措施有ABC（填字母）
A．將含鉻污泥粉碎并適當延長浸取時間 B．升高溫度不斷攪拌 C．多次浸取，合并浸取液 D．縮短浸取時間
（2）氧化過程中加入H₂O₂，除了能把Cr³⁺氧化為Cr₂O₇^2-外，另一個作用是2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O（用離子方程式表示）
（3）過濾Ⅱ產生的沉淀是Fe（OH）₃、Al（OH）₃、Cu（OH）₂，（填化學式）
（4）鈉離子交換樹脂的原理為：Mⁿ⁺+nNaR→MR_n+nNa⁺，被交換的雜質離子是Ca²⁺，Mg²⁺（填離子符號）
（5）每生成1molCr（OH）（H₂O）₃SO₄，消耗SO₂的物質的量為1.5mol
（6）工業上可用電解法處理含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，具體方法是將含Cr₂O₇^2-的酸性廢水放入電解槽內，加入適量的NaCl，以鐵和石墨為電極進行電解，經過一段時間后，生成Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去
①鐵電極與直流電源的正極（填“正極”或“負極”）相連，加入適量NaCl的目的是增大溶液導電能力
②若電解后的溶液中c（Fe³⁺）為2.0×10^-13mol•L^-1，則溶液中為3.0×10^-6mol/L（已知K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp[Fe（OH）₃]=6.0×10^-31）

Answer 1

分析 含鉻污泥酸浸后濾去不溶物，濾液中加入過氧化氫，由（2）可知過氧化氫將Cr³⁺氧化為Cr₂O₇^2-，此外將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加入NaOH調節pH=4，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃，過濾除去，濾液經過鈉離子交換樹脂后，被二氧化硫還原得到CrOH（H₂O）₅SO₄，則鈉離子交換膜除去溶液中Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺．
（1）酸浸時，為了提高浸取率可采取的措施是延長浸取時間、加快溶解速度等措施；硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺和Mg²⁺，酸浸是溶解物質為了提高浸取率，可以升高溫度增大物質溶解度，增大接觸面積增大反應速率，或加快攪拌速度等；
（2）過氧化氫是氧化劑可以氧化亞鐵離子為鐵離子；
（3）硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺轉化為沉淀除去；
（4）鈉離子交換樹脂交換的離子是陽離子，為溶液中鈣離子和鎂離子；
（5）依據流程圖中的轉化關系和產物，結合二氧化硫的還原性，利用氧化還原反應原理分析書寫，根據方程式計算或或電子守恒計算；
（6）①Fe為陽極，發生反應：Fe-2e^-=Fe²⁺，得到還原性的Fe²⁺離子將還原Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺，陰極發生反應：2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液中氫離子濃度減小，溶液pH增大，Cr³⁺、Fe³⁺轉化為Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去；
②根據K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）、K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）計算．

解答 解：含鉻污泥酸浸后濾去不溶物，濾液中加入過氧化氫，由（2）可知過氧化氫將Cr³⁺氧化為Cr₂O₇^2-，此外將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加入NaOH調節pH=4，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃，過濾除去，濾液經過鈉離子交換樹脂后，被二氧化硫還原得到CrOH（H₂O）₅SO₄，則鈉離子交換膜除去溶液中Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺．
（1）酸浸是溶解物質為了提高浸取率，可以將污泥粉碎、進行攪拌，以增大接觸面積，可以延長浸取時間，可以升高溫度，也可以過濾后再向濾渣中加入硫酸，進行多次浸取，合并浸取液，
故答案為：ABC；
（2）氧化過程中加入H₂O₂，除了能把Cr³⁺氧化為Cr₂O₇^2-外，另一個作用是氧化亞鐵離子為鐵離子，便于除去，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，溶液PH=8，Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺轉化為沉淀除去，過濾Ⅱ得到的沉淀為Fe（OH）₃、Al（OH）₃、Cu（OH）₂，
故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃、Cu（OH）₂；
（4）鈉離子交換樹脂的原理為：Mⁿ⁺+nNaR→MR_n+nNa⁺，被交換的雜質離子是鈣離子和鎂離子，
故答案為：Ca²⁺，Mg²⁺；
（5）二氧化硫具有還原性，被濾液Ⅱ中通過離子交換后的溶液中Na₂CrO₄氧化為硫酸，Na₂CrO₄氧被還原為CrOH（H₂O）₅SO₄，水溶液中生成氫氧化鈉溶液和硫酸反應生成硫酸鈉，依據原子守恒分析書寫配平；3SO₂+2Na₂CrO₄+8H₂O=2CrOH（H₂O）₃SO₄↓+Na₂SO₄+2NaOH，每生成1molCr（OH）（H₂O）₃SO₄，消耗SO₂的物質的量1.5mol，或電子守恒計算，反應中Cr元素化合價由+6價降低為+3價，S元素由+4價升高為+6價，根據電子轉移守恒，消耗SO₂物的質量為$\frac{1mol（6-3）}{6-4}$=1.5mol，
故答案為：1.5mol；
（6）①Fe為陽極，發生反應：Fe-2e^-=Fe²⁺，得到還原性的Fe²⁺離子將還原Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺，陰極發生反應：2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液中氫離子濃度減小，溶液pH增大，Cr³⁺、Fe³⁺轉化為Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去，鐵電極與直流電源正極相連，加入適量NaCl的目的是增大溶液導電能力，
故答案為：正極；增大溶液導電能力；
②K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.0×10^-13×c³（OH^-）=4.0×10^-38，
而K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.0×10^-31，
聯立可得c（Cr³⁺）=3.0×10^-6mol/L，
故答案為：3.0×10^-6mol/L．

點評 本題以化學工藝流程為載體，考查物質分離提純、對原理與操作的分析評價、信息獲取與遷移運用、氧化還原反應計算、電解原理、溶度積有關計算等，題目綜合性強，側重考查學生分析解決問題的能力，是高考題的常見形式，關鍵是理解工藝流程，難度中等．