Question

工业上利用电镀污泥（主要含有Fe₂O₃、CuO、Cr₂O₃及部分难溶杂质）回收铜和铬等金属，回收流程如下：

已知部分物质沉淀的pH及CaSO₄的溶解度曲线如下：

（1）在浸出过程中除了生成Fe₂(SO₄)₃、Cr₂(SO₄)₃外，主要还有                  。

（2）在除铁操作中，需要除去Fe^3＋和CaSO₄，请完成相关操作：

①加入石灰乳调节pH范围           ，检验Fe^3＋已经除尽的操作是            ；

②将浊液加热到80℃，                              。

（3）写出还原步骤中加入NaHSO₃生成Cu₂O固体反应的离子方程式：               ，此步骤中加入NaHSO₃得到Cu₂O的产率为95%，若NaHSO₃过量，除了浪费试剂外，还会出现的问题是          。

（4）当离子浓度小于或等于1×10^－5 mol·L^－1时可认为沉淀完全，若要使Cr^3＋完全沉淀则要保持c(OH^－)≥           。[已知：K_sp[Cr(OH)₃] = 6.3×10^－31，≈4.0]。

Answer

（1）CuSO4

（2）①3.2～4.3取适量滤液，加KSCN溶液，若不变红，则说明Fe3＋已除②趁热过滤

（3）2H2O＋HSO3－＋2Cu2＋=Cu2O↓＋SO42－＋5H＋ 产生SO2，污染环境

（4）4.0×10－9mol·L－1

【解析】

试题分析：（1）Fe2O3、CuO、Cr2O3均能溶于硫酸，分别生成盐[Fe2(SO4)3、CuSO4、Cr2(SO4)3]和水；（2）由部分物质沉淀的pH及除铁操作的目的可知，加入石灰乳调节溶液的pH为3.2～4.3，不会沉淀Cu2+、Cr3+，但能除去Fe3＋和CaSO4；Fe3＋遇KSCN变红，如果溶液中Fe3＋已经除尽，则滤液遇KSCN溶液不变红；再由CaSO4的溶解度曲线可知，CaSO4的溶解度随温度升高而逐渐减小，如果将浊液加热到80℃，趁热过滤，可以除去CaSO4；（3）由铜元素降价可知硫元素必须升价，根据易溶且完全电离的化合物拆写原则、电子电荷原子守恒可知，还原步骤的原理为；亚硫酸属于中强酸，而还原步骤可以生成的硫酸是强酸，若NaHSO3过量，过量的NaHSO3可以与强酸反应生成有毒的SO2气体，造成环境污染；（4）由沉淀溶解原理可知，Cr(OH)3(s) Cr3＋ + 3OH－，Ksp[Cr(OH)3] = c(Cr3＋)•c3(OH－) = 6.3×10－31，则c3(OH－) = 6.3×10－31/1×10－5 = 6.3×10－26 = 63×10－27，c(OH－) = mol·L－1= 4.0×10－9 mol·L－1，即要使Cr3＋完全沉淀则要保持 c(OH－)≥4.0×10－9 mol·L－1。

【考点定位】考查电镀污泥回收铜和铬等金属的流程分析与计算。

【名师点睛】工艺流程题，就是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题。制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成，每一步操作都有其具体的目标、任务。审题的重点要放在与题设有关操作的目标、任务上，分析时要从成本角度(原料是否廉价易得)、环保角度(是否符合绿色化学的要求)、现实角度等方面考虑；解答时要看框内，看框外，里外结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。而且还要看清问题，不能答非所问。要求用理论回答的试题应采用“四段论法”：本题改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→所以有什么变化→结论。