Question

18．某酸性工業(yè)廢水中含有SO${\;}_{4}^{2-}$、Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Au³⁺、NH${\;}_{4}^{+}$等離子．我們可用常見(jiàn)的稀酸和燒堿溶液及廢鐵屑為原料把金（Au）等從廢水中回收制�。�設(shè)計(jì)工藝流程及轉(zhuǎn)化如圖：

據(jù)對(duì)如圖的分析填寫(xiě)下面空白（每空3分）
（1）圖中標(biāo)號(hào)處①和⑧需加入的物質(zhì)分別為NaOH、稀H₂SO₄．
（2）寫(xiě)出⑤處發(fā)生的化學(xué)方程式：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．寫(xiě)出⑦處發(fā)生的化學(xué)方程式：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃．寫(xiě)出②處發(fā)生的離子方程式：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．寫(xiě)出⑩處發(fā)生的離子方程式：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）向上述J溶液中加入一定量的Fe、Al粉混合物充分反應(yīng)后，反應(yīng)體系會(huì)出現(xiàn)的情況可能是（填編號(hào)）a、b、e．
a．Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、無(wú)固體   
b．Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、無(wú)固體
c．Al³⁺、Fe³⁺、析出Cu
d．Al³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、析出Fe
e．Al³⁺、Fe²⁺、析出Cu
（4）若向該工業(yè)廢水中加入Na₂O₂固體，充分反應(yīng)后，再加入過(guò)量的鹽酸，則該溶液中的離子數(shù)目沒(méi)有變化的是SO₄^2-、Al³⁺、Cu²⁺（不考慮Au³⁺）
（5）若向只含Al³⁺0.02mol•L^-1，10L的溶液中加入0.5LNaOH溶液后產(chǎn)生了3.9g氫氧化鋁沉淀，則該NaOH的濃度可能為0.3或1.5mol•L^-1．

Answer 1

分析 某酸性工業(yè)廢水中含有SO₄^2-、Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Au³⁺、NH₄⁺等離子，加入過(guò)量鐵粉過(guò)濾得到濾液A為SO₄^2-、Na⁺、Al³⁺、NH₄⁺、Fe²⁺，濾渣G為Fe、Cu、Au，在濾液A中加入過(guò)量氫氧化鈉溶液過(guò)濾得到濾液B為SO₄^2-、Na⁺、NH₃•H₂O、NaAlO₂，通入過(guò)量二氧化碳反應(yīng)過(guò)濾得到沉淀為C為Al（OH）₃，反應(yīng)③為氫氧化鋁分解得到氧化鋁，D為Al₂O₃，反應(yīng)④為電解熔融氧化鋁，Q為SO₄^2-、Na⁺、NH₄⁺、HCO₃^-，過(guò)濾得到E為Fe（OH）₂，在空氣中防止得到F為氫氧化鐵，加熱分解發(fā)生反應(yīng)⑥得到氧化鐵，反應(yīng)⑦是鋁熱反應(yīng)，鋁和氧化鐵反應(yīng)生鐵和氧化鋁，G中加入過(guò)量稀硫酸溶解鐵，過(guò)濾得到I為Cu和Au，H為硝酸鐵，反應(yīng)⑨是加入還原劑得到亞鐵鹽溶液，I中加入過(guò)量稀硝酸溶解銅為硝酸銅，過(guò)濾得到金和濾液硝酸銅溶液，加入堿沉淀銅離子，生成氫氧化銅沉淀，反應(yīng)為氫氧化銅分解生成氧化銅和水，
（1）圖中標(biāo)號(hào)處①和⑧需加入的物質(zhì)分別為NaOH、稀H₂SO₄ ；
（2）⑤處發(fā)生的反應(yīng)為Fe（OH）₂在空氣中被氧化為氫氧化鐵，⑦處發(fā)生的反應(yīng)為鋁熱反應(yīng)，鋁和氧化鐵反應(yīng)生鐵和氧化鋁，②處發(fā)生的反應(yīng)為過(guò)濾二氧化碳和偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，⑩處發(fā)生的反應(yīng)為銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮、硝酸銅和水；
（3）J溶液為過(guò)量的硝酸，硝酸銅溶液，加入一定量的Fe、Al粉混合物充分反應(yīng)后，可能發(fā)生的反應(yīng)依據(jù)還原性順序?yàn)锳l＞Fe＞Cu，氧化性HNO₃＞Cu²⁺＞H⁺，結(jié)合定量關(guān)系分析判斷可能存在的離子和固體；
（4）溶液中加入過(guò)量的Na₂O₂固體，與水反應(yīng)生成NaOH和氧氣，放出熱量，鈉離子增大，F(xiàn)e²⁺被氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e²⁺減少；Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、NH₄⁺均與堿反應(yīng)，鋁離子轉(zhuǎn)化為偏鋁酸根離子，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵，Cu²⁺轉(zhuǎn)化為Cu（OH）₂、NH₄⁺轉(zhuǎn)化為一水合氨和氨氣，故NH₄⁺減少；再通入過(guò)量的稀鹽酸，溶液中氫氧化鐵轉(zhuǎn)化為鐵離子，鐵離子增多，偏鋁酸根離子轉(zhuǎn)化為鋁離子，鋁離子，硫酸根離子和銅離子保持不變，依此進(jìn)行判斷；
（5）AlCl₃和NaOH反應(yīng)，當(dāng)NaOH不足時(shí)生成Al（OH）₃，當(dāng)堿過(guò)量時(shí)，則生成NaAlO₂．而AlCl₃的物質(zhì)的量為0.02mol•L^-1×10L=0.2mol，完全生成Al（OH）₃沉淀時(shí)，沉淀質(zhì)量應(yīng)為15.6g，大于實(shí)際沉淀質(zhì)量為3.9g，說(shuō)明有兩種情況：一為沉淀不完全，只生成Al（OH）₃沉淀；另一種情況為沉淀部分溶解，既生成Al（OH）₃沉淀，又生成NaAlO₂，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：某酸性工業(yè)廢水中含有SO₄^2-、Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Au³⁺、NH₄⁺等離子，加入過(guò)量鐵粉過(guò)濾得到濾液A為SO₄^2-、Na⁺、Al³⁺、NH₄⁺、Fe²⁺，濾渣G為Fe、Cu、Au，在濾液A中加入過(guò)量氫氧化鈉溶液過(guò)濾得到濾液B為SO₄^2-、Na⁺、NH₃•H₂O、NaAlO₂，通入過(guò)量二氧化碳反應(yīng)過(guò)濾得到沉淀為C為Al（OH）₃，反應(yīng)③為氫氧化鋁分解得到氧化鋁，D為Al₂O₃，反應(yīng)④為電解熔融氧化鋁，Q為SO₄^2-、Na⁺、NH₄⁺、HCO₃^-，過(guò)濾得到E為Fe（OH）₂，在空氣中防止得到F為氫氧化鐵，加熱分解發(fā)生反應(yīng)⑥得到氧化鐵，反應(yīng)⑦是鋁熱反應(yīng)，鋁和氧化鐵反應(yīng)生鐵和氧化鋁，G中加入過(guò)量稀硫酸溶解鐵，過(guò)濾得到I為Cu和Au，H為硝酸鐵，反應(yīng)⑨是加入還原劑得到亞鐵鹽溶液，I中加入過(guò)量稀硝酸溶解銅為硝酸銅，過(guò)濾得到金和濾液硝酸銅溶液，加入堿沉淀銅離子，生成氫氧化銅沉淀，反應(yīng)為氫氧化銅分解生成氧化銅和水，
（1）圖中標(biāo)號(hào)處①和⑧需加入的物質(zhì)分別為NaOH、稀H₂SO₄，故答案為：NaOH；稀H₂SO₄ ；
（2）⑤處發(fā)生的反應(yīng)為Fe（OH）₂在空氣中被氧化為氫氧化鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，⑦處發(fā)生的反應(yīng)為鋁熱反應(yīng)，鋁和氧化鐵反應(yīng)生鐵和氧化鋁，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃ ，②處發(fā)生的反應(yīng)為過(guò)濾二氧化碳和偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，
反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，⑩處發(fā)生的反應(yīng)為銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮、硝酸銅和水，反應(yīng)的離子方程式為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）J溶液為過(guò)量的硝酸，硝酸銅溶液，加入一定量的Fe、Al粉混合物充分反應(yīng)后，可能發(fā)生的反應(yīng)依據(jù)還原性順序?yàn)锳l＞Fe＞Cu，氧化性HNO₃＞Cu²⁺＞H⁺，結(jié)合定量關(guān)系分析判斷可能存在的離子和固體，
a．硝酸過(guò)濾可能存在Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、無(wú)固體，故a正確；
b．當(dāng)鐵部分過(guò)量，則溶液中存在Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、無(wú)固體，故b正確；
c．有銅析出則鐵離子一定不存在，Al³⁺、Fe³⁺、析出Cu不可能，故c錯(cuò)誤；
d．有鐵析出一定不含Cu²⁺，Al³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、析出Fe不可能，故d錯(cuò)誤；
e．Al、Fe過(guò)量可以析出銅，Al³⁺、Fe²⁺、析出Cu，故e正確；
故答案為：a、b、e；      
（4）溶液中加入過(guò)量的Na₂O₂固體，與水反應(yīng)生成NaOH和氧氣，放出熱量，鈉離子增大，F(xiàn)e²⁺被氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e²⁺減少；
Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、NH₄⁺均與堿反應(yīng)，鋁離子轉(zhuǎn)化為偏鋁酸根離子，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵，Cu²⁺轉(zhuǎn)化為Cu（OH）₂，NH₄⁺轉(zhuǎn)化為一水合氨和氨氣，故NH₄⁺減少；
再通入過(guò)量的稀鹽酸，溶液中氫氧化鐵轉(zhuǎn)化為鐵離子，鐵離子增多，偏鋁酸根離子轉(zhuǎn)化為鋁離子，鋁離子、硫酸根離子和銅離子保持不變保持不變，
故答案為：SO₄^2-、Al³⁺、Cu²⁺；
（5）AlCl₃的物質(zhì)的量=10L×0.02mol/L=0.2mol，完全生成Al（OH）₃沉淀時(shí)，沉淀質(zhì)量應(yīng)為0.2mol×78g/mol=15.6g＞3.9g，說(shuō)明有兩種情況：一為沉淀不完全，只生成Al（OH）₃沉淀；另一種情況為沉淀部分溶解，既生成Al（OH）₃沉淀，又生成NaAlO₂，n[Al（OH）₃]=$\frac{3.9g}{78g/mol}$=0.05mol，
①若堿不足，由Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓可知，NaOH的物質(zhì)的量為0.05mol×3=0.15mol，故加入NaOH溶液的體積為$\frac{0.15mol}{0.5L}$=0.3mol/L，
②沉淀部分溶解，既生成Al（OH）₃沉淀，又生成NaAlO₂，則：
   Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓
0.05mol 0.15mol  0.05mol
故轉(zhuǎn)化 AlO₂^-的Al³⁺的物質(zhì)的量=0.2mol-0.05mol=0.15mol，
    Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O
0.15mol 0.6mol
則消耗的堿的物質(zhì)的量為0.15mol+0.6mol=0.75mol，加入NaOH溶液的體積為$\frac{0.75mol}{0.5L}$=1.5mol/L，
故答案為：0.3；1.5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了鋁、鐵及其化合物性質(zhì)的分析應(yīng)用，轉(zhuǎn)化關(guān)系的推斷，反應(yīng)現(xiàn)象的理解應(yīng)用，主要是離子性質(zhì)和反應(yīng)特征現(xiàn)象的判斷，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．