Question

2．某研究性学习小组为了变废为宝，拟采用铅铬黄法对某电镀厂含铬废水进行处理，并生产出符合条件的铅铬黄（PbCrO₄）．设计实验如下：

已知：a．该厂的废水中主要含Cr³⁺，还有少量Cu²⁺和其它可溶性杂质；
b．Cr（OH）₃不溶于水，具有两性，pH=13时，发生反应：Cr（OH₃）+OH^-=[Cr（OH）₄]^-
回答下列问题：
（1）滤渣的成分是CuS（填化学式）；第②步加入Na₂CO₃溶液的作用是调节溶液的pH，使Cr³⁺完全沉淀为Cr（OH）₃．
（2）第④步生成CrO₄^2-的离子方程式为2[Cr（OH）₄]^-+3H₂O₂+2OH^-=2CrO₄^2-+8H₂O．
（3）第⑤步加入NaOH的目的是为了提高铅铬黄的产率，请用化学平衡移动原理加以解释：由于溶液中存在化学平衡：Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，当加入NaOH时，有利于平衡正向移动，故提高了铅铬黄的产率．
（4）测定铅铬黄纯度：取mg铅铬黄样品溶解，加足量KI将其还原为Cr³⁺，再用 c mol•L^-1 Na₂S₂O₃标准液滴定（反应：2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI），消耗体积VmL．该滴定实验中所需主要玻璃仪器有烧杯、滴定管、锥形瓶，测定标准液体积的仪器事先进行洗涤所用试剂依次为自来水、蒸馏水、标准液；此铅铬黄样品的质量分数w=$\frac{323cV}{3000m}$（用含c、m和V的式子表示）．

Answer 1

分析 含Cr³⁺、Cu²⁺废水，加Na₂S，铜离子会生成CuS沉淀，过滤，滤渣为CuS，滤液中含有Cr³⁺，在滤液中加饱和的碳酸钠溶液调节pH，使Cr³⁺完全沉淀为Cr（OH）₃沉淀，过滤，滤渣中加氢氧化钠溶液，再加适量的双氧水，生成含有CrO₄^2-、Cr₂O₇^2-的溶液，然后加氢氧化钠和硝酸铅，生成铅铬黄，趁热过滤，得到铅铬黄；
（1）根据流程分析判断；溶液中加入Na₂CO₃可以消耗氢离子，调节pH；
（2）[Cr（OH）₄]^-与双氧水反应生成CrO₄^2-；
（3）由于溶液中存在化学平衡：Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，根据平衡移动原理分析；
（4）滴定时用到的仪器有滴定管、锥形瓶、烧杯；根据洗涤仪器的操作分析；由2CrO₄^2-+6I^-+16H⁺=2Cr³⁺+3I₂+8H₂O、I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2- 可知，存在CrO₄^2-～3S₂O₃^2-，以此计算，再求出质量和铅铬黄样品的质量分数．

解答 解：含Cr³⁺、Cu²⁺废水，加Na₂S，铜离子会生成CuS沉淀，过滤，滤渣为CuS，滤液中含有Cr³⁺，在滤液中加饱和的碳酸钠溶液调节pH，使Cr³⁺完全沉淀为Cr（OH）₃沉淀，过滤，滤渣中加氢氧化钠溶液，再加适量的双氧水，生成含有CrO₄^2-、Cr₂O₇^2-的溶液，然后加氢氧化钠和硝酸铅，生成铅铬黄，趁热过滤，得到铅铬黄；
（1）根据流程分析可知滤渣的成分是CuS；溶液中加入Na₂CO₃可以消耗氢离子，调节pH，使Cr³⁺完全沉淀为Cr（OH）₃；
故答案为：CuS；调节溶液的pH，使Cr³⁺完全沉淀为Cr（OH）₃；
（2）[Cr（OH）₄]^-与双氧水反应生成CrO₄^2-和水，则第④步生成CrO₄^2-的离子方程式为2[Cr（OH）₄]^-+3H₂O₂+2OH^-=2CrO₄^2-+8H₂O；
故答案为：2[Cr（OH）₄]^-+3H₂O₂+2OH^-=2CrO₄^2-+8H₂O；
（3）由于溶液中存在化学平衡：Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，当加入NaOH时，氢氧化钠消耗氢离子，有利于平衡正向移动，故提高了铅铬黄的产率；
故答案为：由于溶液中存在化学平衡：Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，当加入NaOH时，有利于平衡正向移动，故提高了铅铬黄的产率；
（4）溶解固体一般在烧杯中进行，滴定时标准溶液盛放在碱式滴定管中，待测溶液盛放在锥形瓶中，所以实验中用到的仪器有滴定管、锥形瓶、烧杯；
测定标准液体积的仪器事先进行洗涤，洗涤的方法为先用自来水洗，再用蒸馏水洗最后用待装溶液洗，则所用试剂依次为自来水、蒸馏水、标准液；
由2CrO₄^2-+6I^-+16H⁺=2Cr³⁺+3I₂+8H₂O、I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2- 可知，
存在：CrO₄^2-～3S₂O₃^2-，
      1             3
      n          c mol•L^-1×V×10^-3L
则n=$\frac{1}{3}$×c mol•L^-1×V×10^-3L，
则m（PbCrO₄）=nM=$\frac{1}{3}$×c mol•L^-1×V×10^-3L×323g/mol，
所以铅铬黄样品的质量分数w=$\frac{\frac{1}{3}×cmol•{L}^{-1}×V×1{0}^{-3}L×323g/mol}{mg}$=$\frac{323cV}{3000m}$；
故答案为：滴定管、锥形瓶；自来水、蒸馏水、标准液；$\frac{323cV}{3000m}$．

点评 本题考查制备实验方案的设计，把握制备流程中混合物分离提纯、除杂及发生的反应为解答的关键，侧重分析能力、实验能力、推断及计算能力的综合考查，题目难度中等．