Question

皮革工业污泥中含较多的Cr，工业采用以下工艺制得M[Cr（OH）（H₂O）₅SO₄]．

已知：①工艺中硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺．
②常温下部分阳离子以氢氧化物沉淀形式存在时溶液的pH见下表：

阳离子	Fe3+	Al3+	Cu2+	Mg2+	Cr3+
开始沉淀时的pH	1.9	3.7	4.7	9.3	---
沉淀完全时的pH	3.2	8.0	6.7	11.1	9（＞9溶解）

（1）酸浸时，为了提高浸取效率可采取的措施是

 

（任写一条）．
（2）调节pH所用X可以选用

 

．
A．NaOH      B．Na₂CO₃      C．H₂SO₄      D．HNO₃
（3）加入H₂O₂目的是把Cr（OH）₃沉淀转化为Cr₂O₇^2-，写出该反应的离子方程式

 

．针铁矿组成元素是Fe、H、O，化学式量为89，其化学式是

 

．
（4）调滤液至pH=8，Al³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺中的

 

将转化为沉淀．
（5）若滤液甲的pH=a，则溶液中c （Cu²⁺）=

 

．（25℃时的K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20）

Answer 1

考点：金属的回收与环境、资源保护

专题：实验设计题

分析：含铬污泥酸浸后调节溶液PH，过滤得到固体针铁矿，和滤液，加入氢氧化钠溶液调节溶液PH=8，Al³⁺、Cu²⁺转化为沉淀除去，得到滤液加入过氧化氢氧化铬离子为重铬酸根离子，过量得到滤液中通入二氧化硫还原生成M；
（1）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；硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，酸浸是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；
（2）调节溶液PH不能引入新的杂质；
（3）根据双氧水的性质分析，双氧水有强氧化性，能氧化还原性的物质；根据化学式量为89，组成元素是Fe、O、H，其中铁的相对原子量为56，扣掉56剩下33，化学式中只能含有2个氧原子和1个氢原子，来判断可能的组成；
（4）硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈碱性，调滤液至pH=8，Al³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺中，Al³⁺、Cu²⁺离子全部沉淀；
（5）若滤液甲的pH=a，结合离子积常数计算溶液中氢氧根离子浓度，利用沉淀溶解平衡的溶度积常数计算溶液中c （Cu²⁺）浓度．

解答： 解：（1）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是：增加浸取时间、不断搅拌混合物、滤渣多次浸取等，
故答案为：升高温度、搅拌、延长浸取时间、过滤后再次浸取；
（2）调节pH所用X可以选用氢氧化钠和碳酸钠，硫酸和硝酸不能调节溶液PH，且引入新的杂质；
故答案为：AB；
（3）双氧水有强氧化性，能氧化还原性的物质，Fe²⁺和Cr³⁺有还原性，Fe²⁺和Cr³⁺能被双氧水氧化为高价离子，以便于与杂质离子分离，其中Fe²⁺反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，针铁矿组成元素是Fe、H、O，化学式量为89，则1mol该物质中应含有1molFe，则H、O的质量为89-56=33，可知应含有2molO和1molH，化学式应为FeO（OH）；
故答案为：2Cr（OH）₃+3H₂O₂+2OH^-=Cr₂O₇^2-+7H₂O；FeO（OH）；
（4）硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺和Mg²⁺，由于Fe³⁺以针铁矿形成已经沉淀，则加入NaOH溶液使溶液呈碱性，溶液PH=8，Al³⁺、Cu²⁺转化为沉淀除去；
故答案为：Al³⁺、Cu²⁺；
（5）若滤液甲的pH=a，c（H⁺）=10^-amol/L，c（OH^-）=

10-14

10-a

=10^-14+amol/L，依据沉淀溶解平衡的溶度积常数分析计算，则溶液中c （Cu²⁺）=

Ksp

c2(OH-)

=

2.2×10-20

(10-14+a)2

=2.2×10^8-2amol/L，故答案为：2.2×10^8-2amol/L．

点评：本题考查了溶液配制、化学方程式的配平、盐类水解原理、沉淀溶解平衡等知识点，难度较大，注意会运用溶液的pH值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．