Question

鉻及其化合物在現(xiàn)代工業(yè)上的應(yīng)用廣泛，可用于電鍍，鞣制羊毛，皮革；鉻還用于照相材料，膠版印刷及化工觸媒劑等．但化工廢料鉻渣對(duì)人體健康有很大危害．
Ⅰ：某工廠對(duì)制革工業(yè)污泥中Cr（Ⅲ）回收與再利用工藝如圖（硫酸浸取液中金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）：

部分陽(yáng)離子常溫下以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見(jiàn)下表：

陽(yáng)離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cu2+	Cr3+
開(kāi)始沉淀時(shí)的pH	1.9	7.0	--	--	4.7	--
沉淀完全時(shí)的pH	3.2	9.0	11.1	8	6.7	9 （＞9溶解）

（1）實(shí)驗(yàn)室用18.4mol?L^-1的濃硫酸配制250mL 4.8mol?L^-1的硫酸溶液，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和吸量管（一種能精確量取一定體積液體的儀器）外，還需

 

．
（2）酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取的措施是

 

（至少答一點(diǎn)）．
（3）調(diào)節(jié)溶液的pH=8是為了除去

 

離子．鈉離子交換樹(shù)脂的原理為：Mⁿ⁺+nNaR→MR_n+nNa⁺，被交換的雜質(zhì)離子是

 

．
（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）
常溫下，Cr（OH）₃的溶度積Ksp=c(Cr3+)?c3(OH-)=10-32，要使c（Cr³⁺）降至10^-5mol/L，溶液的pH應(yīng)調(diào)至

 

．
（5）還原過(guò)程發(fā)生以下反應(yīng)（請(qǐng)配平）：

 

Na₂Cr₂O₇+

 

 SO₂+

 

 

=

 

 Cr（OH）（H₂O）₅SO₄+

 

Na₂SO₄；
Ⅱ：工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它們會(huì)對(duì)人類及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大損害，必須進(jìn)行處理．
其中一種處理方法為電解法：該法用Fe做電極，電解含Cr₂O₇^2-的酸性廢水，隨著電解進(jìn)行，陰極附近溶液pH升高，產(chǎn)生Cr（OH）₃沉淀．用Fe做電極的原因?yàn)?div id="xz5nnnb" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

，在陰極附近溶液pH升高的原因是（用電極反應(yīng)解釋）

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,氧化還原反應(yīng)方程式的配平,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),電解原理

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,基本概念與基本理論

分析：I．（1）依據(jù)溶液配制的步驟和過(guò)程分析所用到的儀器，主要儀器應(yīng)有配制溶液的容量瓶和定容需要的膠頭滴管；配置一定物質(zhì)的量濃度的溶液所需的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和膠頭滴管；
（2）酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取的措施是延長(zhǎng)浸取時(shí)間、加快溶解速度等措施；
（3）硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀除去；鈉離子交換樹(shù)脂交換的離子是鈣離子和鎂離子；
（4）根據(jù)溶度積常數(shù)及鉻離子濃度計(jì)算溶液中氫氧根離子濃度，再根據(jù)水的離子積常數(shù)計(jì)算氫離子濃度，從而得出溶液的pH；
（5）根據(jù)二氧化硫的還原性和Na₂Cr₂O₇的氧化性，利用氧化還原反應(yīng)原理分析書(shū)寫(xiě)；
II．陽(yáng)極是活性電極時(shí)，陽(yáng)極本身失電子，生成陽(yáng)離子，亞鐵離子能還原Cr₂O₇^2-；電解時(shí)陰極上氫離子得電子．

解答： 解：I．（1）配置一定物質(zhì)的量濃度的溶液所需的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和膠頭滴管，故答案為：250mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取的措施是：升高反應(yīng)溫度、增加浸取時(shí)間、不斷攪拌混合物、濾渣多次浸取等，
故答案為：①升高反應(yīng)溫度，②攪拌，③過(guò)濾后再向?yàn)V渣中加入硫酸（多次浸�。�，④適當(dāng)延長(zhǎng)浸取時(shí)間；
（2）硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，加入NaOH溶液使溶液呈堿性，溶液PH=8，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀除去；鈉離子交換樹(shù)脂交換的離子是鈣離子和鎂離子；
故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）根據(jù)溶度積常數(shù)得溶液中c（OH^-）=

3	Ksp c(Cr3+)

=

3	10-32 10-5

mol/L=10^-9 mol/L，則溶液中氫離子濃度=

10-14

10-9

mol/L=10^-5 mol/L，則溶液的pH=5，
故答案為：5；
（5）二氧化硫具有還原性，被濾液Ⅱ中通過(guò)離子交換后的溶液中Na₂CrO₄氧化為硫酸，Na₂CrO₄氧被還原為CrOH（H₂O）₅SO₄，水溶液中生成硫酸反應(yīng)生成硫酸鈉，依據(jù)原子守恒分析書(shū)寫(xiě)配平；Na₂CrO₄+3SO₂+11H₂O=2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄，
故答案為：1；3；11；H₂O；2；1；
II．陽(yáng)極是活性電極時(shí)，陽(yáng)極本身失電子，生成陽(yáng)離子，陽(yáng)極反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺，亞鐵離子能還原Cr₂O₇^2-；電解時(shí)陰極上氫離子得電子，則陰極上電極方程為：2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液中氫離子濃度減小，pH增大；
故答案為：陽(yáng)極反應(yīng)為Fe-2e^-=Fe²⁺，提供還原劑Fe²⁺；2H⁺+2e^-=H₂↑．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了溶液配制、化學(xué)方程式的配平、物質(zhì)的分離、Ksp的有關(guān)計(jì)算、電解原理的應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn)，題目難度較大，注意會(huì)運(yùn)用溶液pH值的調(diào)節(jié)對(duì)溶液中的離子進(jìn)行分離，除雜的原則是：除去雜質(zhì)且不引進(jìn)新的雜質(zhì)．