Question

8．电镀污泥中含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物质，工业上通过“中温焙烧-钠氧化法”回收Na₂Cr₂O₇等物质．

已知：在水浸后的Na₂CrO₄溶液中含有少量NaAlO₂、Na₂ZnO₂等物质．
（1）水浸后的溶液呈碱性（填“酸”、“碱”或“中”）．
（2）完成氧化焙烧过程中生成Na₂CrO₄的化学方程式．
4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;中温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂+6H₂O
（3）滤渣Ⅱ的主要成分有Zn（OH）₂、Al（OH）₃．
已知：①除去滤渣II后，溶液中存在如下反应：2Cr+2H⁺?Cr₂+H₂O
②Na₂Cr₂O₇、Na₂CrO₄在不同温度下的溶解度如下表

温度 溶解度 化学式	20℃	60℃	100℃
Na2SO4	19.5	45.3	42.5
Na2Cr2O7	183	269	415
Na2CrO4	84	115	126

“系列操作”中为：继续加入H₂SO₄，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤．继续加入H₂SO₄目的是促进平衡CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O向正反应方向移动，尽可能生成更多溶解度更大的Na₂Cr₂O₇．
（5）工业上还可以在水浸过滤后的溶液（Na₂CrO₄）加入适量H₂SO₄，用石墨作电极电解生产金属铬，写出生成铬的电极反应方程式CrO₄^2-+8H⁺+6e^-=Cr+4H₂O．
（6）已知Al（OH）₃为难溶物（常温下，K_sp[Al（OH）₃]=2.0×10^-33）．当溶液pH=5时，某溶液中的Al³⁺能（填“能”或“不能”）完全沉淀．（溶液中的离子浓度小于1×10^-5 mol•L^-1时沉淀完全）．

Answer 1

分析 以含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物质的电镀污泥为原料，烘干后加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂AlO₃+CO₂↑，ZnO++Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂ZnO₂+CO₂↑，水浸后过滤得到滤渣CuO、NiO，滤液为Na₂CrO₄，NaAlO₂、Na₂ZnO₂等，调节溶液PH沉淀ZnO₂^2-离子和偏铝酸根离子，过滤得到滤液Na₂CrO₄，滤渣Ⅱ的主要成分有Zn（OH）₂、Al（OH）₃，滤液Na₂CrO₄加入硫酸酸化生成重铬酸钠溶液，通过提纯得到重铬酸钠．
（1）根据水浸后的溶液成分结合盐类水解的规律解答，强碱弱酸盐水解溶液呈碱性；
（2）氧化焙烧过程中有氧气参加反应，结合质量守恒定律产物有水，根据氧化还原反应最小公倍数发配平；
（3）水浸后溶液中存在Na₂CrO₄、NaAlO₂、Na₂ZnO₂等物质，加入硫酸调节溶液的pH可得到Zn（OH）₂、Al（OH）₃沉淀；
（4）水浸后溶液中存在Na₂CrO₄，加入硫酸发生CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，从平衡移动的角度分析；
（5）生成铬的电极发生还原反应，CrO₄^2-得到电子生成Cr；
（6）根据浓度积与溶度积常数相对大小判断，如果浓度积大于溶度积常数，则有沉淀生成，否则没有沉淀生成．

解答 解：以含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物质的电镀污泥为原料，烘干后加入碳酸钠和氧气高温灼烧发生反应4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂AlO₃+CO₂↑，ZnO++Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂ZnO₂+CO₂↑，水浸后过滤得到滤渣CuO、NiO，滤液为Na₂CrO₄，NaAlO₂、Na₂ZnO₂等，调节溶液PH沉淀ZnO₂^2-离子和偏铝酸根离子，过滤得到滤液Na₂CrO₄，加入硫酸酸化生成重铬酸钠溶液，通过提纯得到重铬酸钠．
（1）CuO、NiO为难溶物，溶液中含有Na₂CrO₄，NaAlO₂、Na₂ZnO₂等，通过水浸后过滤得到滤渣CuO、NiO，回收Cu、Ni；水浸后溶液中存在Na₂CrO₄、NaAlO₂、Na₂ZnO₂等都为强碱弱酸盐，水解呈碱性，
故答案为：碱性；
（2）氧化焙烧过程中有氧气参加反应，根据质量守恒可知还应生成水，化合价变化为：Cr（+3→+6），O（0→-2），最小公倍数为12，所以Cr（OH）₃前系数为4，O₂前系数为3，反应的方程式为：4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;中温\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂+6H₂O，
故答案为：4、4、3、4、4、6H₂O；
（3）Zn（OH）₂、Al（OH）₃具有两性，水浸后溶液中存在Na₂CrO₄、NaAlO₂、Na₂ZnO₂等物质，加入硫酸调节溶液的pH可得到Zn（OH）₂、Al（OH）₃沉淀，
故答案为：Al（OH）₃；
（4）水浸后溶液中存在Na₂CrO₄，加入硫酸发生CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，加入硫酸可使平衡向正反应方向移动，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶可得到晶体，
故答案为：促进平衡CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O向正反应方向移动，尽可能生成更多溶解度更大的Na₂Cr₂O₇；
（5）生成铬的电极发生还原反应，CrO₄^2-得到电子生成Cr，反应的电解方程式为CrO₄^2-+8H⁺+6e^-=Cr+4H₂O，
故答案为：CrO₄^2-+8H⁺+6e^-=Cr+4H₂O；
（6）pH=5的溶液中c（OH^-）=10^-9mol/L，c（Al³⁺）=$\frac{2.0×1{0}^{-33}}{（1{0}^{-9}）^{3}}$mol/L=2.0×10^-6mol/L＜1×10^-5 mol•L^-1，所以能完全沉淀，
故答案为：能．

点评 本题考查物质的分离提纯的综合实验设计，侧重于分离、提纯方案的设计和操作，题目难度中等，注意把握题给信息和电极方程式的书写、注意难溶物的溶解平衡的应用．