Question

利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥中Cr(III)的处理工艺流程如下：

其中硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺和Mg²⁺。

(1)实验室用18.4mol·L^-1的浓硫酸配制250mL 4.8 mol·L^-1的硫酸溶液，需量取浓硫酸___________mL；配制时所用玻璃仪器除量筒、烧杯和玻璃棒外，还需_________。

(2)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有____________________________。(答出两点)。

(3)H₂O₂的作用是将滤液I中的Cr³⁺转化为Cr₂O₇^2-，写出此反应的离子方程式：______________。

(4)常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下:

阳离子	Fe^3+	Mg^2+	Al^3+	Cr^3+
开始沉淀时的pH	2.7	—	—	—
沉淀完全时的pH	3.7	11.1	5.4 (>8溶解)	9(>9溶解）

加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Cr₂O₇^2-转化为CrO₄^2-．滤液Ⅱ中阳离子主要有_________；但溶液的pH不能超过8，其理由是_______________________。

(5)钠离子交换树脂的反应原理为：Mⁿ⁺+nNaR→MR_n+nNa⁺，利用钠离子交换树脂除去滤液Ⅱ中的金属阳离子是__________________。

(6)写出上述流程中用SO₂进行还原时发生反应的化学方程式:______________________    。

Answer

65 250mL容量瓶、胶头滴管 升高温度（加热）、搅拌等 2Cr3++ 3H2O2+ H2O ＝Cr2O72-+ 8H+ Ca2+、Mg2+ pH超过8会使部分Al(OH)3溶解生成AlO2-，最终影响Cr(III)回收与再利用 Ca2+、Mg2+ 3SO2＋2Na2CrO4＋12H2O===2CrOH(H2O)5SO4↓＋Na2SO4＋2NaOH (3SO2+ 2CrO42-+ 12H2O＝2CrOH(H2O)5SO4↓+ SO42-+ 2OH-)

【解析】（1）设需要的浓硫酸的体积为VmL，根据溶液稀释定律C浓V浓=C稀V稀可知：18.4mol·L－1×VmL=250ml×4.8mol·L－1，解得V=65mL；配置一定物质的量浓度的溶液所需的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和胶头滴管，故答案为：250mL容量瓶、胶头滴管；（2）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，故答案为：升高反应温度；搅拌；增大固体颗粒的表面积；（3）双氧水有强氧化性，能氧化还原性的物质，Cr3＋有还原性，Cr3＋能被双氧水氧化为高价离子，以便于与杂质离子分离，故答案为：2Cr3＋+3H2O2+H2O=Cr2O72－+8H＋；（4）硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Al3＋、Ca2＋和Mg2＋，加入过氧化氢氧化铬离子为Cr2O72－，加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Cr2O72－转化为CrO42－。溶液PH=8，Fe3＋、Al3＋沉淀完全，滤液Ⅱ中阳离子主要Na＋、Ca2＋和Mg2＋；超过PH=8，氢氧化铝是两性氢氧化物会溶解于强碱溶液中影响铬离子的回收利用；故答案为：Na＋、Mg2＋、Ca2＋；pH超过8会使部分Al（OH）3溶解生成AlO2－，最终影响Cr（III）回收与再利用；（5）钠离子交换树脂交换的离子是钙离子和镁离子，故答案为：Ca2＋、Mg2＋；（6）二氧化硫具有还原性，被滤液Ⅱ中通过离子交换后的溶液中Na2CrO4氧化为硫酸，Na2CrO4氧被还原为CrOH（H2O）5SO4，水溶液中生成氢氧化钠溶液和硫酸反应生成硫酸钠，依据原子守恒分析书写配平；33SO2＋2Na2CrO4＋12H2O===2CrOH(H2O)5SO4↓＋Na2SO4＋2NaOH (3SO2+ 2CrO42-+ 12H2O＝2CrOH(H2O)5SO4↓+ SO42-+ 2OH-)，故答案为：3SO2＋2Na2CrO4＋12H2O===2CrOH(H2O)5SO4↓＋Na2SO4＋2NaOH (3SO2+ 2CrO42-+ 12H2O＝2CrOH(H2O)5SO4↓+ SO42-+ 2OH-)。

点睛：（1）考查物质的量浓度的配制计算、根据所给的仪器可知，好缺少250mL容量瓶和量筒。（2）考查外界条件对反应速率的影响。可从温度，浓度和接触面积等角度进行考虑。（3）考查氧化还原反应方程式的配平，依据得失电子守恒进行配平。（4）根据沉淀时的pH值可以判断，当pH＝8时，溶液中的Fe3＋ 、Al3＋ 已经以氢氧化物沉淀的形成析出，溶液中的阳离子主要还有Na + 、Mg2＋ 、Ca2＋ 。因为pH太高，会溶解氢氧化铝沉淀，影响其后续实验的分离和提纯。（5）根据钠离子交换树脂的反应原理可知，滤液中的Ca 2+ 、Mg 2+ 将被交换而除去。（6）根据物质反应前后的变化可知二氧化硫是用来还原溶液中的CrO42― ，其还原产物是CrOH(H 2 O) 5 SO 4 ，然后根据得失电子守恒配平即可。