Question

16．利用化學(xué)原理對(duì)工廠排放的廢水、廢渣等進(jìn)行有效檢測(cè)與合理處理．
（一）染料工業(yè)排放的廢水中含有大量有毒的NO₂^-，可以在堿性條件下加入鋁粉除去（加熱處理后的廢水會(huì)產(chǎn)生能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體）．除去NO₂^-的離子方程式為2Al+OH^-+NO₂^-+2H₂O═2AlO₂^-+NH₃•H₂O  
（二）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Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）：

常溫下部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見下表：

陽(yáng)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）酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取的措施是升高溫度、攪拌、過濾后再向?yàn)V渣中加入硫酸（多次浸�。�、適當(dāng)延長(zhǎng)浸取時(shí)間（只要答出任意一點(diǎn)即可，其他合理答案也可）（至少寫一條）．
（2）調(diào)pH=8是為了除去Fe³⁺、Al³⁺（填Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）．
（3）鈉離子交換樹脂的原理為Mⁿ⁺+nNaR→MR_n+nNa⁺，被交換的雜質(zhì)離子是Mg²⁺、Ca²⁺（填Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）．
（4）試配平氧化還原反應(yīng)方程式：□Na₂Cr₂O₇+□SO₂+□H₂O=□Cr（OH）（H₂O）₅SO₄+□Na₂SO₄；
每生成1mol Cr（OH）（H₂O）₅SO₄消耗SO₂的物質(zhì)的量為1.5mol．
（三）印刷電路銅板腐蝕劑常用FeCl₃．腐蝕銅板后的混合濁液中，若Cu²⁺、Fe³⁺和Fe²⁺的濃度均為0.10mol•L^-1，請(qǐng)參照上表給出的數(shù)據(jù)和提供的藥品，簡(jiǎn)述除去CuCl₂溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的實(shí)驗(yàn)步驟：
①通入足量氯氣將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
②加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.2～4.7；
③過濾．（提供的藥品：Cl₂、濃H₂SO₄、NaOH溶液、CuO、Cu）．

Answer 1

分析 （一）加熱處理后的廢水會(huì)產(chǎn)生能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，說明生成一水合氨，溶液呈堿性，則Al生成偏鋁酸根離子；
（二）硫酸浸取液中金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，過濾后向?yàn)V液中加入雙氧水，雙氧水有強(qiáng)氧化性，能氧化還原性的Fe²⁺生成Fe³⁺；加入氫氧化鈉溶液后，調(diào)節(jié)溶液的pH至8，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀除去；然后過濾，向?yàn)V液中加入鈉離子交換樹脂，然后加入二氧化硫，發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄；
（1）升高溫度、攪拌、增大反應(yīng)物濃度都可以提高浸取率；
（2）pH=8時(shí)，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺完全生成沉淀；
（3）鈉離子交換樹脂交換的離子是鈣離子和鎂離子；
（4）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒配平方程式；
（三）要除去溶液中的Fe³⁺和Fe²⁺，根據(jù)陽(yáng)離子完全轉(zhuǎn)化為沉淀需要pH知，應(yīng)該先將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，然后加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH而除去鐵離子．

解答 解：（一）加熱處理后的廢水會(huì)產(chǎn)生能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，說明生成一水合氨，溶液呈堿性，則Al生成偏鋁酸根離子，離子方程式為2Al+OH^-+NO₂^-+2H₂O═2AlO₂^-+NH₃•H₂O，故答案為：2Al+OH^-+NO₂^-+2H₂O═2AlO₂^-+NH₃•H₂O；
（二）硫酸浸取液中金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，過濾后向?yàn)V液中加入雙氧水，雙氧水有強(qiáng)氧化性，能氧化還原性的Fe²⁺生成Fe³⁺；加入氫氧化鈉溶液后，調(diào)節(jié)溶液的pH至8，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀除去；然后過濾，向?yàn)V液中加入鈉離子交換樹脂，然后加入二氧化硫，發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄；
（1）升高溫度、攪拌、增大反應(yīng)物濃度都可以提高浸取率，其采用措施為升高溫度、攪拌、過濾后再向?yàn)V渣中加入硫酸（多次浸�。�、適當(dāng)延長(zhǎng)浸取時(shí)間（只要答出任意一點(diǎn)即可，其他合理答案也可），故答案為：升高溫度、攪拌、過濾后再向?yàn)V渣中加入硫酸（多次浸取）、適當(dāng)延長(zhǎng)浸取時(shí)間（只要答出任意一點(diǎn)即可，其他合理答案也可）；
（2）pH=8時(shí)，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺完全生成沉淀，所以pH=8時(shí)除去陽(yáng)離子為Fe³⁺、Al³⁺，故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；
（3）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⁺；
（4）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，水溶液中生成硫酸反應(yīng)生成硫酸鈉，依據(jù)原子守恒分析書寫配平；Na₂CrO₄+3SO₂+11H₂O=2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄，
根據(jù)方程式：3SO₂～2CrOH（H₂O）₅SO₄
           x       1mol
所以x=1.5mol 
故答案為：1；3；11；2；1；1.5mol；
（三）要除去溶液中的Fe³⁺和Fe²⁺，根據(jù)陽(yáng)離子完全轉(zhuǎn)化為沉淀需要pH知，應(yīng)該先將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，然后加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH而除去鐵離子，其操作步驟為：
①因?yàn)閬嗚F離子完全沉淀需要pH大于銅離子，所以應(yīng)該向?qū)�亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，即通入足量氯氣將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，
故答案為：通入足量氯氣將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
②然后調(diào)節(jié)溶液的pH，使鐵離子完全轉(zhuǎn)化為沉淀，其操作方法為加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.2～4.7，故答案為：加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.2～4.7．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)分離和提純，涉及氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)分離和提純、離子反應(yīng)方程式的書寫等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是確定離子沉淀先后順序，題目難度中等．