Question

鉻及其化合物在現(xiàn)代工業(yè)上的應(yīng)用廣泛，可用于電鍍，鞣制羊毛，皮革；鉻還用于照相材料，膠版印刷及化工觸媒劑等。但化工廢料鉻渣對(duì)人體健康有很大危害。

Ⅰ：某工廠對(duì)制革工業(yè)污泥中Cr（III）回收與再利用工藝如下（硫酸浸取液中金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe^3＋、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）：

部分陽離子常溫下以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見下表：

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

 

（1）實(shí)驗(yàn)室用18.4 mol·L^－1的濃硫酸配制250 mL 4.8 mol·L^－1的硫酸溶液，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和吸量管（一種能精確量取一定體積液體的儀器）外，還需                     。

（2）酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取的措施是                  （至少答一點(diǎn)）。

（3）調(diào)節(jié)溶液的pH=8是為了除去              離子。鈉離子交換樹脂的原理為：

M^n＋＋nNaR→MR_n＋nNa^＋，被交換的的雜質(zhì)離子是              。

（4）Cr(OH)₃在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr(OH)₃(s)  Cr³⁺(aq)+3OH^－(aq)

常溫下，Cr(OH)的溶度積K_sp= c(Cr³⁺)• c³(OH^－)=10^－32，要使c(Cr³⁺)降至10^－5mol/L，溶液的pH應(yīng)調(diào)至          。

（5）還原過程發(fā)生以下反應(yīng)（請(qǐng)配平）：     Na₂Cr₂O₇＋      SO₂＋          

=      Cr(OH) (H₂O)₅SO₄＋     Na₂SO₄；

Ⅱ：工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－，它們會(huì)對(duì)人類及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大損害，必須進(jìn)行處理。

其中一種處理方法為電解法：該法用Fe做電極，電解含Cr₂O₇^2－的酸性廢水，隨著電解進(jìn)行，陰極附近溶液pH升高，產(chǎn)生Cr(OH)₃沉淀。用Fe做電極的原因?yàn)?/p>

                                                                             

在陰極附近溶液pH升高的原因是（用電極反應(yīng)解釋）                          。

 

Answer 1

【答案】

 

Ⅰ：（1）250ml容量瓶、膠頭滴管

（2）①升高反應(yīng)溫度，②攪拌，③過濾后再向?yàn)V渣中加入硫酸（多次浸取），④適當(dāng)延長浸取時(shí)間

（3）Fe³⁺和Al³⁺；    Ca²⁺、Mg²⁺

（4）5

（5）1,3,11H₂O，2,1

Ⅱ：陽原反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺，提供還原劑Fe²⁺，2H⁺+2e^-=H₂↑

【解析】

試題分析：（1）濃硫酸稀釋、冷卻至室溫所得溶液需要轉(zhuǎn)移入250mL容量瓶，定容時(shí)需要膠頭滴管；（2）攪拌、振蕩、升溫、延長浸取時(shí)間、多次浸取等條件都可以提高浸取率；（3）酸浸、過濾步驟可以除去大部分的Ca²⁺，因?yàn)镃a²⁺+SO₄^2—=CaSO₄↓；氧化步驟可以除去Fe²⁺，因?yàn)?Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；而pH=8的目的是除去Fe^3＋、Al³⁺，因?yàn)楸碇蠪e^3＋、Al³⁺完全沉淀的pH分別是3.2、8；根據(jù)鈉離子交換樹脂的原理，Ca^2＋＋2NaR→CaR₂＋2Na^＋，Mg^2＋＋2NaR→MgR₂＋2Na^＋，則被交換的雜質(zhì)離子是Ca²⁺、Mg²⁺；（4）若c(Cr³⁺)=10^—5mol/L，則K_sp=10^—5×c³(OH^—)=10^—32，c(OH^—)=10^—9 mol/L；K_w=10^—14，c(H⁺)= K_w/c(OH^—)=10^—5 mol/L，則pH=—lg10^—5=5；（5）鉻元素由+6價(jià)降為+3價(jià)，硫元素由+4價(jià)升為+6價(jià)，先根據(jù)最小公倍數(shù)法配平氧化劑、還原劑、還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物的系數(shù)，然后再用觀察法或原子個(gè)數(shù)守恒確定另一種反應(yīng)物及其系數(shù)，即1Na₂Cr₂O₇＋3SO₂＋11H₂O=2Cr(OH) (H₂O)₅SO₄＋1Na₂SO₄；鐵作陽極，本身發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe—2e^—=Fe²⁺，被腐蝕并產(chǎn)生具有還原性的亞鐵離子；Fe²⁺能將Cr₂O₇^2－還原，即6Fe²⁺+1Cr₂O₇^2－+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；H⁺移向陰極，并在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)：2H⁺+2e^—=H₂↑，因此陰極附近溶液酸性減弱，pH升高。

考點(diǎn)：是回收再利用型工藝流程題，包括配制一定物質(zhì)的量濃度溶液的實(shí)驗(yàn)、提高浸取率的措施、控制pH等條件除去混合物中的雜質(zhì)金屬陽離子、容度積和pH的計(jì)算、氧化還原反應(yīng)方程式的配平、電解原理等高考熱點(diǎn)。