Question

15．铬及其化合物在工业上有许多用途，但化工废料铬渣对人体健康有很大危害，以制革工也产生的含铬污泥为原料，回收污泥中三价铬的工艺流程图如图所示（硫酸浸取液中金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）
：

常温下部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

阳离子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cr3+
开始沉淀时的pH	2.7	7.0	-	-	-
沉淀完全是的pH	3.7	9.0	11.1	8	9（＞9溶解）

回答下列问题：
（1）能提高浸取时三价铬的浸取率的措施有ABC（填字母）
A．将含铬污泥粉碎并适当延长浸取时间
B．升高温度并不断搅拌
C．多次浸取，合并浸取液
D．缩短浸取时间
（2）氧化过程中加入H₂O₂，除了把Cr³⁺氧化为Cr₂O₇^2-外，另一个作用时2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O（用离子方程式表示）．
（3）过滤Ⅱ产生的沉淀是Fe（OH）₃（填化学式）．
（4）钠离子交换树脂的原理为：Mⁿ⁺+nNaR═MR_n+nNa⁺，被交换的杂质离子是Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺（填离子符号）．
（5）每生成1molCr（OH）（H₂O）₅SO₄，消耗SO₂物的质量为1.5mol．
（6）工业上可用电解法处理含Cr₂O₇^2-的酸性废水，具体方法是将含Cr₂O₇^2-的酸性废水放入电解槽内，加入适量的NaCl，以铁和石墨为电极进行电解．经过一段时间后，生成Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去．
①铁电极与直流电源正极（填“正极”或“负极”）相连，加入适量NaCl的目的是增大溶液导电能力；
②若电解后的溶液中c（Fe³⁺）为2.0×10^-13mol•L^-1，则溶液中c（Cr³⁺）为3.0×10^-6mol/L（已知K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp=[Cr（OH）₃]=6.0×10^-31）

Answer 1

分析 含铬污泥酸浸后滤去不溶物，滤液中加入过氧化氢，由（2）可知过氧化氢将Cr³⁺氧化为Cr₂O₇^2-，此外将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加入NaOH调节pH=4，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，过滤除去，滤液经过钠离子交换树脂后，被二氧化硫还原得到CrOH（H₂O）₅SO₄，则钠离子交换膜除去溶液中Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，
（1）酸浸是溶解物质为了提高浸取率，可以增大接触面积，延长浸取时间，升高温度，过滤后再向滤渣中加入硫酸（多次浸取）等；
（2）另外作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；
（3）过滤Ⅱ得到沉淀为氢氧化铁；
（4）钠离子交换膜除去溶液中Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺；
（5）反应中Cr元素化合价由+6价降低为+3价，S元素由+4价升高为+6价，根据电子转移守恒计算消耗SO₂物的质量；
（6）①Fe为阳极，发生反应：Fe-2e^-=Fe²⁺，得到还原性的Fe²⁺离子将还原Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺，阴极发生反应：2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液中氢离子浓度减小，溶液pH增大，Cr³⁺、Fe³⁺转化为Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去；
②根据K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）、K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）计算．

解答 解：含铬污泥酸浸后滤去不溶物，滤液中加入过氧化氢，由（2）可知过氧化氢将Cr³⁺氧化为Cr₂O₇^2-，此外将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加入NaOH调节pH=4，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，过滤除去，滤液经过钠离子交换树脂后，被二氧化硫还原得到CrOH（H₂O）₅SO₄，则钠离子交换膜除去溶液中Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，
（1）酸浸是溶解物质为了提高浸取率，可以将污泥粉碎、进行搅拌，以增大接触面积，可以延长浸取时间，可以升高温度，也可以过滤后再向滤渣中加入硫酸，进行多次浸取，合并浸取液，
故答案为：ABC；
（2）另外作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，反应离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由上述分析可知，过滤Ⅱ产生的沉淀为Fe（OH）₃，故答案为：Fe（OH）₃；
（4）钠离子交换膜除去溶液中Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，故被交换的离子为：Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，故答案为：Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺；
（5）反应中Cr元素化合价由+6价降低为+3价，S元素由+4价升高为+6价，根据电子转移守恒，消耗SO₂物的质量为$\frac{1mol×（6-3）}{6-4}$=1.5mol，故答案为：1.5mol；
（6）①Fe为阳极，发生反应：Fe-2e^-=Fe²⁺，得到还原性的Fe²⁺离子将还原Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺，阴极发生反应：2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液中氢离子浓度减小，溶液pH增大，Cr³⁺、Fe³⁺转化为Cr（OH）₃和Fe（OH）₃沉淀除去，铁电极与直流电源正极相连，加入适量NaCl的目的是增大溶液导电能力，
故答案为：正极；增大溶液导电能力；
②K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.0×10^-13×c³（OH^-）=4.0×10^-38，而K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.0×10^-31，联立解得：c（Cr³⁺）=3.0×10^-6mol/L，
故答案为：3.0×10^-6mol/L．

点评 本题以化学工艺流程为载体，考查物质分离提纯、对原理与操作的分析评价、信息获取与迁移运用、氧化还原反应计算、电解原理、溶度积有关计算等，题目综合性强，侧重考查学生分析解决问题的能力，是高考题的常见形式，关键是理解工艺流程，难度中等．