Question

19．利用化學(xué)原理可以對(duì)工廠排放的廢水、廢渣等進(jìn)行有效檢測(cè)與合理處理．某工廠對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)，為了提高浸取率可采取的措施有升高反應(yīng)溫度；增大固體顆粒的表面積（答出兩點(diǎn)）．
（3）H₂O₂的作用是將濾液Ⅰ中的Cr³⁺轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，寫出此反應(yīng)的離子方程式：2Cr³⁺+3H₂O₂+H₂O=Cr₂O₇^2-+8H⁺．
（4）常溫下，部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH如表：

陽(yáng)離子	Fe3+	Mg2+	Al3+	Cr3+
開始沉淀時(shí)的pH	2.7	-	-	-
沉淀完全時(shí)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(zhuǎn)化為CrO₄^2-．濾液Ⅱ中陽(yáng)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(huì)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(yīng)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(yáng)離子是Ca²⁺、Mg²⁺．
（6）寫出上述流程中用SO₂進(jìn)行還原時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)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(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：燒杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和膠頭滴管；設(shè)濃硫酸的體積為xmL，根據(jù)$\frac{1.84x×98%}{98}$=0.250L×4.8mol•L^-1計(jì)算；
（2）酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取的措施是延長(zhǎng)浸取時(shí)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(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）根據(jù)雙氧水的性質(zhì)分析，雙氧水有強(qiáng)氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)，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Cr₂O₇^2-，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為CrO₄^2-；溶液PH=8，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺沉淀完全，濾液Ⅱ中陽(yáng)離子主要Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺；超過PH=8，氫氧化鋁是兩性氫氧化物會(huì)溶解于強(qiáng)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(zhuǎn)化關(guān)系和產(chǎn)物，結(jié)合二氧化硫的還原性，利用氧化還原反應(yīng)原理分析書寫．

解答 解：（1）配制一定物質(zhì)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(shè)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(shí)，為了提高浸取率可采取的措施是：延長(zhǎng)浸取時(shí)間、加快溶解速度等措施，
故答案為：升高反應(yīng)溫度；增大固體顆粒的表面積；
（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(jià)離子，以便于與雜質(zhì)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(zhuǎn)化為CrO₄^2-，溶液PH=8，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺沉淀完全，濾液Ⅱ中陽(yáng)離子主要Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺；超過PH=8，氫氧化鋁是兩性氫氧化物會(huì)溶解于強(qiáng)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(huì)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(yīng)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(diǎn)評(píng) 本題考查了離子方程式、化學(xué)方程式的書寫、物質(zhì)的分離等知識(shí)點(diǎn)，難度較大，注意會(huì)運(yùn)用溶液的PH值對(duì)溶液中的離子進(jìn)行分離，除雜的原則是：除去雜質(zhì)且不引進(jìn)新的雜質(zhì)．