Question

铬及其化合物在现代工业上的应用广泛，可用于电镀，鞣制羊毛，皮革；铬还用于照相材料，胶版印刷及化工触媒剂等．但化工废料铬渣对人体健康有很大危害．
Ⅰ：某工厂对制革工业污泥中Cr（Ⅲ）回收与再利用工艺如图（硫酸浸取液中金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）：

部分阳离子常温下以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

阳离子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cu2+	Cr3+
开始沉淀时的pH	1.9	7.0	--	--	4.7	--
沉淀完全时的pH	3.2	9.0	11.1	8	6.7	9 （＞9溶解）

（1）实验室用18.4mol?L^-1的浓硫酸配制250mL 4.8mol?L^-1的硫酸溶液，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和吸量管（一种能精确量取一定体积液体的仪器）外，还需

 

．
（2）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是

 

（至少答一点）．
（3）调节溶液的pH=8是为了除去

 

离子．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

 

．
（4）Cr（OH）₃在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr（OH）₃（s）?Cr³⁺（aq）+3OH^-（aq）
常温下，Cr（OH）₃的溶度积Ksp=c(Cr3+)?c3(OH-)=10-32，要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，溶液的pH应调至

 

．
（5）还原过程发生以下反应（请配平）：

 

Na₂Cr₂O₇+

 

 SO₂+

 

 

=

 

 Cr（OH）（H₂O）₅SO₄+

 

Na₂SO₄；
Ⅱ：工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理．
其中一种处理方法为电解法：该法用Fe做电极，电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，随着电解进行，阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）₃沉淀．用Fe做电极的原因为

 

，在阴极附近溶液pH升高的原因是（用电极反应解释）

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,氧化还原反应方程式的配平,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,电解原理

专题：实验设计题,基本概念与基本理论

分析：I．（1）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；配置一定物质的量浓度的溶液所需的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和胶头滴管；
（2）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是延长浸取时间、加快溶解速度等措施；
（3）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NaOH溶液使溶液呈碱性，Fe³⁺、Al³⁺转化为沉淀除去；钠离子交换树脂交换的离子是钙离子和镁离子；
（4）根据溶度积常数及铬离子浓度计算溶液中氢氧根离子浓度，再根据水的离子积常数计算氢离子浓度，从而得出溶液的pH；
（5）根据二氧化硫的还原性和Na₂Cr₂O₇的氧化性，利用氧化还原反应原理分析书写；
II．阳极是活性电极时，阳极本身失电子，生成阳离子，亚铁离子能还原Cr₂O₇^2-；电解时阴极上氢离子得电子．

解答： 解：I．（1）配置一定物质的量浓度的溶液所需的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和胶头滴管，故答案为：250mL容量瓶、胶头滴管；
（2）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是：升高反应温度、增加浸取时间、不断搅拌混合物、滤渣多次浸取等，
故答案为：①升高反应温度，②搅拌，③过滤后再向滤渣中加入硫酸（多次浸取），④适当延长浸取时间；
（2）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NaOH溶液使溶液呈碱性，溶液PH=8，Fe³⁺、Al³⁺转化为沉淀除去；钠离子交换树脂交换的离子是钙离子和镁离子；
故答案为：Fe³⁺、Al³⁺；Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）根据溶度积常数得溶液中c（OH^-）=

3	Ksp c(Cr3+)

=

3	10-32 10-5

mol/L=10^-9 mol/L，则溶液中氢离子浓度=

10-14

10-9

mol/L=10^-5 mol/L，则溶液的pH=5，
故答案为：5；
（5）二氧化硫具有还原性，被滤液Ⅱ中通过离子交换后的溶液中Na₂CrO₄氧化为硫酸，Na₂CrO₄氧被还原为CrOH（H₂O）₅SO₄，水溶液中生成硫酸反应生成硫酸钠，依据原子守恒分析书写配平；Na₂CrO₄+3SO₂+11H₂O=2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄，
故答案为：1；3；11；H₂O；2；1；
II．阳极是活性电极时，阳极本身失电子，生成阳离子，阳极反应为Fe-2e^-=Fe²⁺，亚铁离子能还原Cr₂O₇^2-；电解时阴极上氢离子得电子，则阴极上电极方程为：2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液中氢离子浓度减小，pH增大；
故答案为：阳极反应为Fe-2e^-=Fe²⁺，提供还原剂Fe²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑．

点评：本题考查了溶液配制、化学方程式的配平、物质的分离、Ksp的有关计算、电解原理的应用等知识点，题目难度较大，注意会运用溶液pH值的调节对溶液中的离子进行分离，除杂的原则是：除去杂质且不引进新的杂质．