Question

【題目】利用化學(xué)原理可以對工廠排放的廢水、廢渣等進(jìn)行有效檢測與合理處理。某工廠對制革工業(yè)污泥中Cr(Ⅲ)的處理工藝流程如下圖所示：

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18.4 mol·L－1的濃硫酸配制240 mL 4.8 mol·L－1的硫酸溶液，需量取濃硫酸__________mL；配制時所用玻璃儀器除量筒、燒杯、膠頭滴管和玻璃棒外，還需____________。

（2）“酸浸”時，為了提高浸取率可采取的措施有__________________。

（3）H2O2的作用是將“濾液Ⅰ”中的Cr3＋轉(zhuǎn)化為Cr2O72-，寫出此反應(yīng)的離子方程式：___________________。

（4）常溫下，部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如下表所示：

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	5.4(>8溶解)	9(>9溶解)

加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Cr2O72-轉(zhuǎn)化為CrO42-。過濾后“濾液Ⅱ”中的陽離子主要有Na＋、Ca2＋、Mg2＋，但溶液的pH不能超過8，其理由是__________________。

（5）鈉離子交換樹脂的反應(yīng)原理為Mn＋＋nNaR===MRn＋nNa＋，利用鈉離子交換樹脂除去“濾液Ⅱ”中的金屬陽離子是________(填離子符號)。

（6）寫出上述流程中用SO2進(jìn)行還原時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：___________________。

Answer 1

【答案】65.2 250mL容量瓶 升高溫度(加熱)、攪拌(任選一點，或其他合理答案) 2Cr3＋＋3H2O2＋H2O===Cr2O72-＋8H＋ pH超過8會使部分Al(OH)3溶解生成AlO2-，最終影響Cr(Ⅲ)的回收與再利用 Ca2＋、Mg2＋ 3SO2＋2Na2CrO4＋12H2O===2Cr(OH)(H2O)5SO4↓＋Na2SO4＋2NaOH

【解析】

（1）應(yīng)配制溶液的體積為250mL，根據(jù)稀釋定律，求出需量取濃硫酸的體積；

依據(jù)溶液配制的步驟和過程分析所用到的儀器；

（2）酸浸時溶解物質(zhì)，為了提高浸取率，可以升高溫度增大物質(zhì)溶解度，增大接觸面積增大反應(yīng)速率，或加快攪拌速度等。

（3）雙氧水有強(qiáng)氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)，Cr3＋有還原性，Cr3＋能被雙氧水氧化為高價離子，依據(jù)氧化還原反應(yīng)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Cr2O72-，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Cr2O72-轉(zhuǎn)化為CrO42-，溶液pH=8，Fe3＋、Al3＋沉淀完全，濾液Ⅱ中主要陽離子為Na＋、Ca2＋、Mg2＋；pH超過8時，氫氧化鋁是兩性氫氧化物會溶解于強(qiáng)堿溶液中，影響鉻離子的回收利用。

（5）根據(jù)框圖轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，濾液Ⅱ中主要陽離子為Na＋、Ca2＋、Mg2＋，鈉離子交換樹脂就是對濾液Ⅱ進(jìn)行離子交換，交換的離子是Ca2＋和Mg2＋。

（6）SO2具有還原性，被濾液Ⅱ中通過離子交換后的溶液中的Na2CrO4氧化為H2SO4，Na2CrO4被還原為Cr(OH)(H2O)5SO4，水溶液中生成NaOH溶液和H2SO4反應(yīng)生成Na2SO4據(jù)此寫出化學(xué)方程式。

（1）應(yīng)配制溶液的體積為250mL，根據(jù)稀釋定律，稀釋前后溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變，來計算濃硫酸的體積，設(shè)濃硫酸的體積為xmL，所以xmL×18.4mol/L=250mL×4.8mol/L，解得：x=65.2mL；

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(yīng)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(zhì)的量濃度的溶液所需的玻璃儀器有：量筒、燒杯、玻璃棒、容量瓶和膠頭滴管，題中給出信息要配制250mL硫酸溶液，故容量瓶應(yīng)選用250mL容量瓶。

故答案為：65.2 ；250mL容量瓶；

（2）酸浸時溶解物質(zhì)，為了提高浸取率，可以升高溫度增大物質(zhì)溶解度，增大接觸面積增大反應(yīng)速率，或加快攪拌速度等。

故答案為：升高溫度(加熱)、攪拌(任選一點，或其他合理答案)；

（3）雙氧水有強(qiáng)氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)，Cr3＋有還原性，Cr3＋能被雙氧水氧化為高價離子，以便于與雜質(zhì)離子分離，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒、原子守恒配平書寫離子方程式：2Cr3＋＋3H2O2＋H2O===Cr2O72-＋8H＋；

故答案為：2Cr3＋＋3H2O2＋H2O===Cr2O72-＋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Cr2O72-，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Cr2O72-轉(zhuǎn)化為CrO42-，溶液pH=8，Fe3＋、Al3＋沉淀完全，濾液Ⅱ中主要陽離子為Na＋、Ca2＋、Mg2＋；pH超過8時，氫氧化鋁是兩性氫氧化物會溶解于強(qiáng)堿溶液中，影響鉻離子的回收利用。

故答案為：pH超過8會使部分Al(OH)3溶解生成AlO2-，最終影響Cr(Ⅲ)的回收與再利用；

（5）根據(jù)框圖轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，濾液Ⅱ中主要陽離子為Na＋、Ca2＋、Mg2＋，鈉離子交換樹脂就是對濾液Ⅱ進(jìn)行離子交換，交換的離子是Ca2＋和Mg2＋。

故答案為：Ca2＋、Mg2＋；

（6）SO2具有還原性，被濾液Ⅱ中通過離子交換后的溶液中的Na2CrO4氧化為H2SO4，Na2CrO4被還原為Cr(OH)(H2O)5SO4，水溶液中生成NaOH溶液和H2SO4反應(yīng)生成Na2SO4，該反應(yīng)方程式表面上看十分復(fù)雜，其實只需運用原子守恒法即可配平該反應(yīng)方程式：

3SO2＋2Na2CrO4＋12H2O===2Cr(OH)(H2O)5SO4↓＋Na2SO4＋2NaOH，

故答案為：3SO2＋2Na2CrO4＋12H2O===2Cr(OH)(H2O)5SO4↓＋Na2SO4＋2NaOH。