Question

12．銅、鉻都是用途廣泛的金屬．工業(yè)上利用電鍍污泥（主要含有Fe₂O₃、CuO、Cr₂O₃及部分難溶雜質(zhì)）回收金屬銅和鉻的流程如圖1，CaSO₄的溶解度曲線如圖2．
已知：部分物質(zhì)沉淀的pH如表：

	Fe3+	Cu2+	Cr3+
開始沉淀pH	2.1	4.7	4.3
完全沉淀pH	3.2	6.7	a

請(qǐng)回答下列問題：
（1）濾液I中所含溶質(zhì)主要有Fe₂（SO₄）₃、Cr₂（SO₄）₃、CuSO₄（填化學(xué)式）．
（2）第②步操作中，先加人Ca（OH）₂調(diào)節(jié)溶液的pH，調(diào)節(jié)范圍為3.2＜pH≤4.3，然后將濁液加熱至80℃趁熱過濾，所得濾渣Ⅱ的成分為Fe（OH）₃、CaSO₄．
（3）第③步操作中，發(fā)現(xiàn)除了生成磚紅色沉淀外，還產(chǎn)生了無(wú)色刺激性氣味的氣體．寫出該步驟中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺、HSO₃^-+H⁺=SO₂↑+H₂O．
（4）當(dāng)離子濃度≤1×10^-5mol•L^-1時(shí)，可以認(rèn)為離子沉淀完全．第④步操作中，若要使Cr³⁺完全沉淀，則室溫下溶液中a的最小值經(jīng)計(jì)算為5.6．則得出該值時(shí)還必須提供的數(shù)據(jù)是：溶度積常數(shù)．
（5）Cr（OH）₃受熱分解為Cr₂O₃，用鋁熱法可以冶煉金屬鉻．寫出鋁熱法煉鉻的化學(xué)方程式：Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr．

Answer 1

分析 向泥料中加入稀硫酸，發(fā)生反應(yīng)Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Cr₂O₃+3H₂SO₄=Cr₂（SO₄）₃+3H₂O，然后過濾得到濾渣I和濾液I，濾液I中溶質(zhì)為Fe₂（SO₄）₃、Cr₂（SO₄）₃、CuSO₄，向?yàn)V液中加入Ca（OH）₂，并調(diào)節(jié)溶液pH，根據(jù)流程圖中濾液II中含有Cr³⁺、Cu²⁺，不含 Fe³⁺，說明濾渣II中含有Fe（OH）₃，硫酸鈣屬于微溶物，所以沉淀II成分為Fe（OH）₃、CaSO₄，要使Cr³⁺、Cu²⁺不沉淀而Fe³⁺發(fā)生沉淀，根據(jù)離子生成沉淀需要pH值知，溶液的pH范圍為3.2-4.3之間；向?yàn)V液中加入NaHSO₃，亞硫酸氫鈉具有還原性、銅離子具有氧化性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸和磚紅色沉淀Cu₂O，硫酸和亞硫酸氫根離子反應(yīng)生成二氧化硫，離子方程式為2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺、HSO₃^-+H⁺=SO₂↑+H₂O，過濾得到Cu₂O，向?yàn)V液中加入NaOH并調(diào)節(jié)溶液pH，發(fā)生反應(yīng)Cr³⁺+3OH^-=Cr（OH）₃↓，濾液IV中含有NaOH、Na₂SO₄，以此來解答．

解答 解：向泥料中加入稀硫酸，發(fā)生反應(yīng)Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Cr₂O₃+3H₂SO₄=Cr₂（SO₄）₃+3H₂O，然后過濾得到濾渣I和濾液I，濾液I中溶質(zhì)為Fe₂（SO₄）₃、Cr₂（SO₄）₃、CuSO₄，向?yàn)V液中加入Ca（OH）₂，并調(diào)節(jié)溶液pH，根據(jù)流程圖中濾液II中含有Cr³⁺、Cu²⁺，不含 Fe³⁺，說明濾渣II中含有Fe（OH）₃，硫酸鈣屬于微溶物，所以沉淀II成分為Fe（OH）₃、CaSO₄，要使Cr³⁺、Cu²⁺不沉淀而Fe³⁺發(fā)生沉淀，根據(jù)離子生成沉淀需要pH值知，溶液的pH范圍為3.2-4.3之間；向?yàn)V液中加入NaHSO₃，亞硫酸氫鈉具有還原性、銅離子具有氧化性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸和磚紅色沉淀Cu₂O，硫酸和亞硫酸氫根離子反應(yīng)生成二氧化硫，離子方程式為2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺、HSO₃^-+H⁺=SO₂↑+H₂O，過濾得到Cu₂O，向?yàn)V液中加入NaOH并調(diào)節(jié)溶液pH，發(fā)生反應(yīng)Cr³⁺+3OH^-=Cr（OH）₃↓，濾液IV中含有NaOH、Na₂SO₄，
（1）由上述分析可知，濾液I中所含溶質(zhì)主要有Fe₂（SO₄）₃、Cr₂（SO₄）₃、CuSO₄，故答案為：Fe₂（SO₄）₃、Cr₂（SO₄）₃、CuSO₄；
（2）第②步操作中，先加人Ca（OH）₂調(diào)節(jié)溶液的pH，除去Fe³⁺，由表格中pH可知，調(diào)節(jié)范圍為3.2＜pH≤4.3，鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀，且硫酸鈣微溶，然后將濁液加熱至80℃趁熱過濾，所得濾渣Ⅱ的成分為Fe（OH）₃、CaSO₄，故答案為：3.2＜pH≤4.3；Fe（OH）₃、CaSO₄；
（3）亞硫酸氫鈉具有還原性、銅離子具有氧化性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸和磚紅色沉淀Cu₂O，硫酸和亞硫酸氫根離子反應(yīng)生成二氧化硫，則③步驟中離子方程式為2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺、HSO₃^-+H⁺=SO₂↑+H₂O，
故答案為：2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺、HSO₃^-+H⁺=SO₂↑+H₂O；
2H₂O+HSO₃^-+2Cu²⁺=Cu₂O↓+SO₄^2-+5H⁺ （2分） HSO₃^-+H+=SO₂↑+H₂O（2分）
（4）當(dāng)離子濃度≤1×10^-5mol•L^-1時(shí)，可以認(rèn)為離子沉淀完全，若要使Cr³⁺完全沉淀，則c（Cr³⁺）≤1×10^-5mol•L^-1，pH=-lg2.5×10^-6=5.6，c（H⁺）=2.5×10^-6mol/L，c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{2.5×1{0}^{-6}}$=4.0×10^-9 mol/L，則c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp}{c（C{r}^{3+}）}}$mol/L=4.0×10^-9 mol/L，則則得出該值時(shí)還必須提供的數(shù)據(jù)為溶度積常數(shù)，
故答案為：溶度積常數(shù)；
（5）鋁熱法煉鉻的化學(xué)方程式為Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr，故答案為：Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Cr．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離和提純綜合應(yīng)用，為高考高頻點(diǎn)，涉及難溶物的溶解平衡、金屬冶煉、基本實(shí)驗(yàn)操作等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重分析、計(jì)算及實(shí)驗(yàn)操作能力D的考查，注意流程圖中涉及的反應(yīng)、基本操作，難點(diǎn)是溶度積常數(shù)計(jì)算，題目難度中等．