Question

【题目】利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥中Cr(Ⅲ)的处理工艺流程如下图所示：

其中硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Al3＋、Ca2＋和Mg2＋。

（1）实验室用18.4 mol·L－1的浓硫酸配制240 mL 4.8 mol·L－1的硫酸溶液，需量取浓硫酸__________mL；配制时所用玻璃仪器除量筒、烧杯、胶头滴管和玻璃棒外，还需____________。

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

（3）H2O2的作用是将“滤液Ⅰ”中的Cr3＋转化为Cr2O72-，写出此反应的离子方程式：___________________。

（4）常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表所示：

阳离子	Fe3＋	Mg2＋	Al3＋	Cr3＋
开始沉淀时的pH	2.7	—	—	—
沉淀完全时的pH	3.7	11.1	5.4(>8溶解)	9(>9溶解)

加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Cr2O72-转化为CrO42-。过滤后“滤液Ⅱ”中的阳离子主要有Na＋、Ca2＋、Mg2＋，但溶液的pH不能超过8，其理由是__________________。

（5）钠离子交换树脂的反应原理为Mn＋＋nNaR===MRn＋nNa＋，利用钠离子交换树脂除去“滤液Ⅱ”中的金属阳离子是________(填离子符号)。

（6）写出上述流程中用SO2进行还原时发生反应的化学方程式：___________________。

Answer 1

【答案】65.2 250mL容量瓶 升高温度(加热)、搅拌(任选一点，或其他合理答案) 2Cr3＋＋3H2O2＋H2O===Cr2O72-＋8H＋ pH超过8会使部分Al(OH)3溶解生成AlO2-，最终影响Cr(Ⅲ)的回收与再利用 Ca2＋、Mg2＋ 3SO2＋2Na2CrO4＋12H2O===2Cr(OH)(H2O)5SO4↓＋Na2SO4＋2NaOH

【解析】

（1）应配制溶液的体积为250mL，根据稀释定律，求出需量取浓硫酸的体积；

依据溶液配制的步骤和过程分析所用到的仪器；

（2）酸浸时溶解物质，为了提高浸取率，可以升高温度增大物质溶解度，增大接触面积增大反应速率，或加快搅拌速度等。

（3）双氧水有强氧化性，能氧化还原性的物质，Cr3＋有还原性，Cr3＋能被双氧水氧化为高价离子，依据氧化还原反应电子守恒、原子守恒配平书写离子方程式；

（4）硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Al3＋、Ca2+和Mg2＋，加入过氧化氢氧化铬离子为Cr2O72-，加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Cr2O72-转化为CrO42-，溶液pH=8，Fe3＋、Al3＋沉淀完全，滤液Ⅱ中主要阳离子为Na＋、Ca2＋、Mg2＋；pH超过8时，氢氧化铝是两性氢氧化物会溶解于强碱溶液中，影响铬离子的回收利用。

（5）根据框图转化关系可知，滤液Ⅱ中主要阳离子为Na＋、Ca2＋、Mg2＋，钠离子交换树脂就是对滤液Ⅱ进行离子交换，交换的离子是Ca2＋和Mg2＋。

（6）SO2具有还原性，被滤液Ⅱ中通过离子交换后的溶液中的Na2CrO4氧化为H2SO4，Na2CrO4被还原为Cr(OH)(H2O)5SO4，水溶液中生成NaOH溶液和H2SO4反应生成Na2SO4据此写出化学方程式。

（1）应配制溶液的体积为250mL，根据稀释定律，稀释前后溶质的物质的量不变，来计算浓硫酸的体积，设浓硫酸的体积为xmL，所以xmL×18.4mol/L=250mL×4.8mol/L，解得：x=65.2mL；

依据溶液配制的步骤和过程分析所用到的仪器，主要仪器应有配制溶液的容量瓶和定容需要的胶头滴管，配制一定物质的量浓度的溶液所需的玻璃仪器有：量筒、烧杯、玻璃棒、容量瓶和胶头滴管，题中给出信息要配制250mL硫酸溶液，故容量瓶应选用250mL容量瓶。

故答案为：65.2 ；250mL容量瓶；

（2）酸浸时溶解物质，为了提高浸取率，可以升高温度增大物质溶解度，增大接触面积增大反应速率，或加快搅拌速度等。

故答案为：升高温度(加热)、搅拌(任选一点，或其他合理答案)；

（3）双氧水有强氧化性，能氧化还原性的物质，Cr3＋有还原性，Cr3＋能被双氧水氧化为高价离子，以便于与杂质离子分离，依据氧化还原反应电子守恒、原子守恒配平书写离子方程式：2Cr3＋＋3H2O2＋H2O===Cr2O72-＋8H＋；

故答案为：2Cr3＋＋3H2O2＋H2O===Cr2O72-＋8H＋；

（4）硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Al3＋、Ca2+和Mg2＋，加入过氧化氢氧化铬离子为Cr2O72-，加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Cr2O72-转化为CrO42-，溶液pH=8，Fe3＋、Al3＋沉淀完全，滤液Ⅱ中主要阳离子为Na＋、Ca2＋、Mg2＋；pH超过8时，氢氧化铝是两性氢氧化物会溶解于强碱溶液中，影响铬离子的回收利用。

故答案为：pH超过8会使部分Al(OH)3溶解生成AlO2-，最终影响Cr(Ⅲ)的回收与再利用；

（5）根据框图转化关系可知，滤液Ⅱ中主要阳离子为Na＋、Ca2＋、Mg2＋，钠离子交换树脂就是对滤液Ⅱ进行离子交换，交换的离子是Ca2＋和Mg2＋。

故答案为：Ca2＋、Mg2＋；

（6）SO2具有还原性，被滤液Ⅱ中通过离子交换后的溶液中的Na2CrO4氧化为H2SO4，Na2CrO4被还原为Cr(OH)(H2O)5SO4，水溶液中生成NaOH溶液和H2SO4反应生成Na2SO4，该反应方程式表面上看十分复杂，其实只需运用原子守恒法即可配平该反应方程式：

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

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