Question

5．電鍍廢液的綜合利用有利于減少重金屬對(duì)水體的污染．某實(shí)驗(yàn)小組用以下流程模擬利用一定量工業(yè)電鍍廢液（強(qiáng)酸性，含Cr₂O₇^2-、雜質(zhì)Cu²⁺等）制備水溶性皮革鞣劑Cr（OH）SO₄．回答下列問題：
（已知lg2=0.3，K_sp[Cr（OH）₃]=6.4×10^-31，K_sp[Cu（OH）₂]=2×10^-20 ）

（1）加Na₂SO₃前先將廢液調(diào)為弱酸性溶液的原因是溶液酸性過強(qiáng)，Na₂SO₃生成SO₂，利用率降低，寫出廢液中加Na₂SO₃時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O．
（2）步驟①須保持溫度在30～50℃，可采用的措施是水浴加熱．
（3）步驟②的操作名稱是過濾、洗滌．
（4）若在步驟②中，使Cr³⁺完全沉淀，則溶液的pH范圍為5.6＜pH＜6，
（5）粗產(chǎn)品中含有微量CrO₄^2-，工業(yè)選擇的試劑X應(yīng)滿足的條件是A、D．
A．與水互不相溶     B．CrO₄^2-在X中溶解度小
C Cr（OH）SO₄在X中溶解度大     D．Cr（OH）SO₄與X不反應(yīng)
（6）若工業(yè)電鍍廢液含0.1mol Cr₂O₇^2-，最終制得產(chǎn)品31.35g，則產(chǎn)率為95%．
（7）酸性條件下，蔗糖還原Na₂Cr₂O₇也可制備Cr（OH）SO₄：
Na₂Cr₂O₇+NaHSO₄+C₁₂H₂₂O₁₁→Cr（OH）SO₄+Na₂SO₄+H₂O+CO₂（未配平）
①反應(yīng)中每生成1molCr（OH）SO₄，理論上需要C₁₂H₂₂O₁₁$\frac{1}{16}$mol
②將生成液降溫至17℃以下，靜置，過濾，在80℃時(shí)蒸發(fā)濾液，得到標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)產(chǎn)品，該產(chǎn)品中混有的主要雜質(zhì)是Na₂SO₄．

Answer 1

分析 由流程可知，電鍍廢液（強(qiáng)酸性，含Cr₂O₇^2-，雜質(zhì)Cu²⁺等），加入Na₂SO₃溶液，經(jīng)過步驟①處理得到溶液A，SO₃^2-可被酸性介質(zhì)下的Cr₂O₇^2-氧化而產(chǎn)生SO₄^2-，加入NaOH溶液經(jīng)過步驟②處理，產(chǎn)生Cr（OH）₃沉淀，過濾出沉淀，加入稀硫酸反應(yīng)，得到粗產(chǎn)品Cr（OH）SO₄，再加入試劑X進(jìn)行分渣處理，得到純產(chǎn)品Cr（OH）SO₄，和另一部分試劑X和CrO₄^2-的混合溶液，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）加Na₂SO₃前先將廢液調(diào)為弱酸性溶液，考慮到若為強(qiáng)酸性溶液，則會(huì)產(chǎn)生SO₂，導(dǎo)致S元素?fù)p失，從而Na₂SO₃的利用率降低，SO₃^2-可以被酸性條件下的Cr₂O₇^2-氧化為SO₄^2-，Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，則反應(yīng)的離子方程式為：Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O，
故答案為：溶液酸性過強(qiáng)，Na₂SO₃生成SO₂，利用率降低；Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；
（2）步驟①須保持溫度在30～50℃，控制溫度在此范圍內(nèi)變化，可考慮采用的措施是水浴加熱，
故答案為：水浴加熱；
（3）步驟②為加入NaOH溶液，使溶液中Cr³⁺形成Cr（OH）₃，和溶液分離，因此操作為過濾，洗滌，得到粗產(chǎn)品，
故答案為：過濾、洗滌；
（4）若在步驟②中，使Cr³⁺完全沉淀，根據(jù)Cr（OH）₃的溶度積常數(shù)K_sp[Cr（OH）₃]=6.4×10^-31，當(dāng)溶液中的c（Cr³⁺）的離子濃度＜10^-5mol/L時(shí)，可認(rèn)為Cr³⁺已經(jīng)沉淀完全，根據(jù)K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）c³（OH^-）=6.4×10^-31，則此時(shí)溶液中pH=14+$\frac{1}{3}$lg$\frac{{K}_{sp}[Cr（OH）_{3}]}{c（C{r}^{3+}）}$=5.6，當(dāng)Cr（OH）₃達(dá)到飽和溶液時(shí)，此時(shí)溶液中達(dá)到平衡時(shí)，c（OH-）=3c（Cr³⁺），則溶液中pH=14+$\frac{1}{4}$lg$\frac{{K}_{sp}[Cr（OH）_{3}]}{27}$=6，所以調(diào)控溶液的pH的范圍是5.6＜pH＜6，
故答案為：5.6；6；
（5）粗產(chǎn)品中含有微量CrO₄^2-，加入試劑X的目的是分離出Cr（OH）SO₄，因此要求不能與水互溶，CrO₄^2-需要在X中盡可能溶解，Cr（OH）SO₄在X中的溶解度不能大，且不能與X反應(yīng)，符合要求的有A，D，
故答案為：A、D；
（6）若工業(yè)電鍍廢液含0.1mol Cr₂O₇^2-，最終制得產(chǎn)品31.35g，產(chǎn)品為Cr（OH）SO₄，物質(zhì)的量為$\frac{31.35g}{165g/mol}$=0.19mol，根據(jù)Cr元素守恒，0.1molCr₂O₇^2-中含有0.2molCr，則產(chǎn)率為$\frac{0.19mol}{0.2mol}×100%$=95%，
故答案為：95%；
（7）①反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)過程中電子得失守恒，Cr從+6降低為+3，轉(zhuǎn)移3個(gè)電子，C從0價(jià)升為+4價(jià)，轉(zhuǎn)移4個(gè)電子，則建立關(guān)系8Cr₂O₇^2-～～～～～C₁₂H₂₂O₁₁～～～～～16Cr（OH）SO₄，所以反應(yīng)中每生成1molCr（OH）SO₄，理論上需要C₁₂H₂₂O₁₁ $\frac{1}{16}$mol，
故答案為：$\frac{1}{16}$；
②將生成液降溫至17℃以下，靜置，過濾，在80℃時(shí)蒸發(fā)濾液，得到標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)產(chǎn)品，可考慮整個(gè)過程中，Na⁺始終在溶液中，因此判斷產(chǎn)品中最有可能混有Na₂SO₄，且反應(yīng)產(chǎn)物就有Na₂SO₄，
故答案為：Na₂SO₄．

點(diǎn)評(píng) 本題考查無機(jī)工藝路程，結(jié)合流程圖，分析每一步加入試劑的反應(yīng)過程，涉及到溶度積常數(shù)有關(guān)計(jì)算，產(chǎn)率的計(jì)算，氧化還原反應(yīng)的計(jì)算，注意本題中元素守恒思想和電子得失守恒的方法的運(yùn)用，是高頻考點(diǎn)，考查綜合分析和整體把握能力，題目難度中等．