Question

5．电镀废液的综合利用有利于减少重金属对水体的污染．某实验小组用以下流程模拟利用一定量工业电镀废液（强酸性，含Cr₂O₇^2-、杂质Cu²⁺等）制备水溶性皮革鞣剂Cr（OH）SO₄．回答下列问题：
（已知lg2=0.3，K_sp[Cr（OH）₃]=6.4×10^-31，K_sp[Cu（OH）₂]=2×10^-20 ）

（1）加Na₂SO₃前先将废液调为弱酸性溶液的原因是溶液酸性过强，Na₂SO₃生成SO₂，利用率降低，写出废液中加Na₂SO₃时发生反应的离子方程式Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O．
（2）步骤①须保持温度在30～50℃，可采用的措施是水浴加热．
（3）步骤②的操作名称是过滤、洗涤．
（4）若在步骤②中，使Cr³⁺完全沉淀，则溶液的pH范围为5.6＜pH＜6，
（5）粗产品中含有微量CrO₄^2-，工业选择的试剂X应满足的条件是A、D．
A．与水互不相溶     B．CrO₄^2-在X中溶解度小
C Cr（OH）SO₄在X中溶解度大     D．Cr（OH）SO₄与X不反应
（6）若工业电镀废液含0.1mol Cr₂O₇^2-，最终制得产品31.35g，则产率为95%．
（7）酸性条件下，蔗糖还原Na₂Cr₂O₇也可制备Cr（OH）SO₄：
Na₂Cr₂O₇+NaHSO₄+C₁₂H₂₂O₁₁→Cr（OH）SO₄+Na₂SO₄+H₂O+CO₂（未配平）
①反应中每生成1molCr（OH）SO₄，理论上需要C₁₂H₂₂O₁₁$\frac{1}{16}$mol
②将生成液降温至17℃以下，静置，过滤，在80℃时蒸发滤液，得到标准的工业产品，该产品中混有的主要杂质是Na₂SO₄．

Answer 1

分析 由流程可知，电镀废液（强酸性，含Cr₂O₇^2-，杂质Cu²⁺等），加入Na₂SO₃溶液，经过步骤①处理得到溶液A，SO₃^2-可被酸性介质下的Cr₂O₇^2-氧化而产生SO₄^2-，加入NaOH溶液经过步骤②处理，产生Cr（OH）₃沉淀，过滤出沉淀，加入稀硫酸反应，得到粗产品Cr（OH）SO₄，再加入试剂X进行分渣处理，得到纯产品Cr（OH）SO₄，和另一部分试剂X和CrO₄^2-的混合溶液，据此分析解答．

解答 解：（1）加Na₂SO₃前先将废液调为弱酸性溶液，考虑到若为强酸性溶液，则会产生SO₂，导致S元素损失，从而Na₂SO₃的利用率降低，SO₃^2-可以被酸性条件下的Cr₂O₇^2-氧化为SO₄^2-，Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺，反应为氧化还原反应，则反应的离子方程式为：Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O，
故答案为：溶液酸性过强，Na₂SO₃生成SO₂，利用率降低；Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O；
（2）步骤①须保持温度在30～50℃，控制温度在此范围内变化，可考虑采用的措施是水浴加热，
故答案为：水浴加热；
（3）步骤②为加入NaOH溶液，使溶液中Cr³⁺形成Cr（OH）₃，和溶液分离，因此操作为过滤，洗涤，得到粗产品，
故答案为：过滤、洗涤；
（4）若在步骤②中，使Cr³⁺完全沉淀，根据Cr（OH）₃的溶度积常数K_sp[Cr（OH）₃]=6.4×10^-31，当溶液中的c（Cr³⁺）的离子浓度＜10^-5mol/L时，可认为Cr³⁺已经沉淀完全，根据K_sp[Cr（OH）₃]=c（Cr³⁺）c³（OH^-）=6.4×10^-31，则此时溶液中pH=14+$\frac{1}{3}$lg$\frac{{K}_{sp}[Cr（OH）_{3}]}{c（C{r}^{3+}）}$=5.6，当Cr（OH）₃达到饱和溶液时，此时溶液中达到平衡时，c（OH-）=3c（Cr³⁺），则溶液中pH=14+$\frac{1}{4}$lg$\frac{{K}_{sp}[Cr（OH）_{3}]}{27}$=6，所以调控溶液的pH的范围是5.6＜pH＜6，
故答案为：5.6；6；
（5）粗产品中含有微量CrO₄^2-，加入试剂X的目的是分离出Cr（OH）SO₄，因此要求不能与水互溶，CrO₄^2-需要在X中尽可能溶解，Cr（OH）SO₄在X中的溶解度不能大，且不能与X反应，符合要求的有A，D，
故答案为：A、D；
（6）若工业电镀废液含0.1mol Cr₂O₇^2-，最终制得产品31.35g，产品为Cr（OH）SO₄，物质的量为$\frac{31.35g}{165g/mol}$=0.19mol，根据Cr元素守恒，0.1molCr₂O₇^2-中含有0.2molCr，则产率为$\frac{0.19mol}{0.2mol}×100%$=95%，
故答案为：95%；
（7）①反应为氧化还原反应，根据反应过程中电子得失守恒，Cr从+6降低为+3，转移3个电子，C从0价升为+4价，转移4个电子，则建立关系8Cr₂O₇^2-～～～～～C₁₂H₂₂O₁₁～～～～～16Cr（OH）SO₄，所以反应中每生成1molCr（OH）SO₄，理论上需要C₁₂H₂₂O₁₁ $\frac{1}{16}$mol，
故答案为：$\frac{1}{16}$；
②将生成液降温至17℃以下，静置，过滤，在80℃时蒸发滤液，得到标准的工业产品，可考虑整个过程中，Na⁺始终在溶液中，因此判断产品中最有可能混有Na₂SO₄，且反应产物就有Na₂SO₄，
故答案为：Na₂SO₄．

点评 本题考查无机工艺路程，结合流程图，分析每一步加入试剂的反应过程，涉及到溶度积常数有关计算，产率的计算，氧化还原反应的计算，注意本题中元素守恒思想和电子得失守恒的方法的运用，是高频考点，考查综合分析和整体把握能力，题目难度中等．