Question

19．利用化學原理可以對工廠排放的廢水、廢渣等進行有效檢測與合理處理．某工廠對制革工業(yè)污泥中Cr（Ⅲ）的處理工藝流程如圖．

其中硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺．
（1）實驗室用98%（密度是1.84g/cm³）的濃硫酸配制250mL 4.8mol•L^-1的H₂SO₄溶液，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和量筒外，還需250mL容量瓶、膠頭滴管，需要取用65.2ml98%（密度是1.84g/cm³）的濃硫酸．
（2）酸浸時，為了提高浸取率可采取的措施有升高反應溫度；增大固體顆粒的表面積（答出兩點）．
（3）H₂O₂的作用是將濾液Ⅰ中的Cr³⁺轉化為Cr₂O₇^2-，寫出此反應的離子方程式：2Cr³⁺+3H₂O₂+H₂O=Cr₂O₇^2-+8H⁺．
（4）常溫下，部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如表：

陽離子	Fe3+	Mg2+	Al3+	Cr3+
開始沉淀時的pH	2.7	-	-	-
沉淀完全時的pH	3.7	11.1	8	9（＞9溶解）

加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Cr₂O₇^2-轉化為CrO₄^2-．濾液Ⅱ中陽離子主要有Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺；但溶液的pH不能超過8，其理由是pH超過8會使部分Al（OH）₃溶解生成AlO₂^-，最終影響Cr（III）回收與再利用．
（5）鈉離子交換樹脂的反應原理為Mⁿ⁺+nNaR→MR_n+nNa⁺，利用鈉離子交換樹脂除去的濾液Ⅱ中的金屬陽離子是Ca²⁺、Mg²⁺．
（6）寫出上述流程中用SO₂進行還原時發(fā)生反應的化學方程式：3SO₂+2Na₂CrO₄+12H₂O=2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄+2NaOH．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)溶液配制的步驟和過程分析所用到的儀器，主要儀器應有配制溶液的容量瓶和定容需要的膠頭滴管；配制一定物質的量濃度的溶液所需的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和膠頭滴管；設濃硫酸的體積為xmL，根據(jù)$\frac{1.84x×98%}{98}$=0.250L×4.8mol•L^-1計算；
（2）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⁺、Ca²⁺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；
（3）根據(jù)雙氧水的性質分析，雙氧水有強氧化性，能氧化還原性的物質，依據(jù)氧化還原反應電子守恒、原子守恒配平書寫離子方程式；
（4）硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺．加入過氧化氫氧化鉻離子為Cr₂O₇^2-，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Cr₂O₇^2-轉化為CrO₄^2-；溶液PH=8，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺沉淀完全，濾液Ⅱ中陽離子主要Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺；超過PH=8，氫氧化鋁是兩性氫氧化物會溶解于強堿溶液中影響鉻離子的回收利用；
（5）鈉離子交換樹脂交換 的離子是鈣離子和鎂離子；
（6）依據(jù)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．

解答 解：（1）配制一定物質的量濃度的溶液所需的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和膠頭滴管，設濃硫酸的體積為xmL，根據(jù)$\frac{1.84x×98%}{98}$=0.250L×4.8mol•L^-1可知，x=65.2mL，
故答案為：250mL容量瓶、膠頭滴管；65.2；
（2）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，
故答案為：升高反應溫度；增大固體顆粒的表面積；
（3）雙氧水有強氧化性，能氧化還原性的物質，Cr³⁺有還原性，Cr³⁺能被雙氧水氧化為高價離子，以便于與雜質離子分離，
故答案為：2Cr³⁺+3H₂O₂+H₂O=Cr₂O₇^2-+8H⁺；
（4）硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺．加入過氧化氫氧化鉻離子為Cr₂O₇^2-，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Cr₂O₇^2-轉化為CrO₄^2-，溶液PH=8，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺沉淀完全，濾液Ⅱ中陽離子主要Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺；超過PH=8，氫氧化鋁是兩性氫氧化物會溶解于強堿溶液中影響鉻離子的回收利用，
故答案為：Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺；pH超過8會使部分Al（OH）₃溶解生成AlO₂^-，最終影響Cr（III）回收與再利用；
（5）鈉離子交換樹脂交換的離子是鈣離子和鎂離子，故答案為：Ca²⁺、Mg²⁺；
（6）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(jù)原子守恒分析書寫配平；3SO₂+2Na₂CrO₄+12H₂O=2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄+2NaOH，
故答案為：3SO₂+2Na₂CrO₄+12H₂O=2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄+2NaOH．

點評 本題考查了離子方程式、化學方程式的書寫、物質的分離等知識點，難度較大，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．