Question

利用电镀污泥（主要含有Fe₂O₃、CuO、Cr₂O₃及部分难溶杂质）回收金属铜和铬的流程如下图：

已知：部分物质沉淀的pH如下表：CaSO₄的溶解度曲线如下图：

请回答下列问题：

（1）滤液I中所含溶质主要有            （填化学式）。

（2）第②步操作中，先加人Ca（OH）₂调节溶液的pH，调节范围为             ，然后将浊液加热至80℃趁热过滤，所得滤渣Ⅱ的成分为            。

（3）第③步操作中，发现除了生成砖红色沉淀外，还产生了无色刺激性气味的气体。写出该步骤中发生反应的离子方程式            。

（4）当离子浓度≤1×10^－5mol· L时，可以认为离子沉淀完全。第④步操作中，若要使Cr³⁺完全沉淀，则室温下溶液中a的最小值为            。（已知：K_ap[Cr（OH）₃]＝6.3×10^-31，≈4.0；lg4＝0.6）

（5）Cr（OH）₃受热分解为Cr₂O₃，用铝热法可以冶炼金属铬。写出铝热法炼铬的化学方程式_____________。

Answer

（1）Fe2（SO4）3、Cr2（SO4）3、CuSO4；

（2）3.2≤pH＜4.3；Fe（OH）3、CaSO4；

（3）2H2O+HSO3-+2Cu2+=Cu2O↓+SO42-+5H+、HSO3-+H+=SO2↑+H2O；

（4）5.6；（5）Cr2O3+2AlAl2O3+2Cr。

【解析】

试题分析：向泥料中加入稀硫酸，发生反应Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O、CuO+H2SO4=CuSO4+H2O、Cr2O3+3H2SO4=Cr2（SO4）3+3H2O，然后过滤得到滤渣I和滤液I，滤液I中溶质为Fe2（SO4）3、Cr2（SO4）3、CuSO4，向滤液中加入Ca（OH）2，并调节溶液pH，根据流程图中滤液II中含有Cr3+、Cu2+，不含Fe3+，说明滤渣II中含有Fe（OH）3，硫酸钙属于微溶物，所以沉淀II成分为Fe（OH）3、CaSO4，要使Cr3+、Cu2+不沉淀而Fe3+发生沉淀，根据离子生成沉淀需要pH值知，溶液的pH范围为3.2-4.3之间；向滤液中加入NaHSO3，亚硫酸氢钠具有还原性、铜离子具有氧化性，二者发生氧化还原反应生成硫酸和砖红色沉淀Cu2O，硫酸和亚硫酸氢根离子反应生成二氧化硫，离子方程式为2H2O+HSO3-+2Cu2+=Cu2O↓+SO42-+5H+、HSO3-+H+=SO2↑+H2O，过滤得到Cu2O，向滤液中加入NaOH并调节溶液pH，发生反应Cr3++3OH-=Cr（OH）3↓，滤液IV中含有NaOH、Na2SO4。

（1）通过以上分析知，滤液I中溶质成分为Fe2（SO4）3、Cr2（SO4）3、CuSO4，故答案为：Fe2（SO4）3、Cr2（SO4）3、CuSO4；

（2）Fe3+完全沉淀需要的pH≥3.2，pH=4.3时Cr3+开始产生沉淀，要使铁离子完全沉淀而其它离子不沉淀，则pH范围为：3.2≤pH＜4.3，通过以上分析知，沉淀II成分为Fe（OH）3、CaSO4，故答案为：3.2≤pH＜4.3； Fe（OH）3、CaSO4；

（3）亚硫酸氢钠具有还原性、铜离子具有氧化性，二者发生氧化还原反应生成硫酸和砖红色沉淀Cu2O，硫酸和亚硫酸氢根离子反应生成二氧化硫，离子方程式为2H2O+HSO3-+2Cu2+=Cu2O↓+SO42-+5H+、HSO3-+H+=SO2↑+H2O，故答案为：2H2O+HSO3-+2Cu2+=Cu2O↓+SO42-+5H+、HSO3-+H+=SO2↑+H2O；

（4）当离子浓度≤1×10-5mol•L-1时，可以认为离子沉淀完全，若要使Cr3+完全沉淀，则c（Cr3+）≤1×10-5mol•L-1，c（OH-）==mol/L=4.0×10-9 mol/L，c（H+）==2.5×10-6mol/L，则溶液的pH=-lg2.5×10-6=5.6， 故答案为：5.6；

（5）Cr2O3和Al高温下发生铝热反应生成氧化铝和Cr，反应方程式为Cr2O3+2AlAl2O3+2Cr。

【考点定位】考查物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

【名师点晴】本题考查物质的分离和提纯综合应用，为高考高频点，涉及难溶物的溶解平衡、金属冶炼、基本实验操作等知识点，侧重考查分析、计算及实验操作能力，熟悉流程图中涉及的反应、基本操作，难点是溶度积常数计算。