Question

18．某酸性工業(yè)廢水中含有SO${\;}_{4}^{2-}$、Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Au³⁺、NH${\;}_{4}^{+}$等離子．我們可用常見的稀酸和燒堿溶液及廢鐵屑為原料把金（Au）等從廢水中回收制�。�設計工藝流程及轉化如圖：

據(jù)對如圖的分析填寫下面空白（每空3分）
（1）圖中標號處①和⑧需加入的物質分別為NaOH、稀H₂SO₄．
（2）寫出⑤處發(fā)生的化學方程式：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．寫出⑦處發(fā)生的化學方程式：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃．寫出②處發(fā)生的離子方程式：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．寫出⑩處發(fā)生的離子方程式：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）向上述J溶液中加入一定量的Fe、Al粉混合物充分反應后，反應體系會出現(xiàn)的情況可能是（填編號）a、b、e．
a．Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、無固體   
b．Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、無固體
c．Al³⁺、Fe³⁺、析出Cu
d．Al³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、析出Fe
e．Al³⁺、Fe²⁺、析出Cu
（4）若向該工業(yè)廢水中加入Na₂O₂固體，充分反應后，再加入過量的鹽酸，則該溶液中的離子數(shù)目沒有變化的是SO₄^2-、Al³⁺、Cu²⁺（不考慮Au³⁺）
（5）若向只含Al³⁺0.02mol•L^-1，10L的溶液中加入0.5LNaOH溶液后產生了3.9g氫氧化鋁沉淀，則該NaOH的濃度可能為0.3或1.5mol•L^-1．

Answer 1

分析 某酸性工業(yè)廢水中含有SO₄^2-、Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Au³⁺、NH₄⁺等離子，加入過量鐵粉過濾得到濾液A為SO₄^2-、Na⁺、Al³⁺、NH₄⁺、Fe²⁺，濾渣G為Fe、Cu、Au，在濾液A中加入過量氫氧化鈉溶液過濾得到濾液B為SO₄^2-、Na⁺、NH₃•H₂O、NaAlO₂，通入過量二氧化碳反應過濾得到沉淀為C為Al（OH）₃，反應③為氫氧化鋁分解得到氧化鋁，D為Al₂O₃，反應④為電解熔融氧化鋁，Q為SO₄^2-、Na⁺、NH₄⁺、HCO₃^-，過濾得到E為Fe（OH）₂，在空氣中防止得到F為氫氧化鐵，加熱分解發(fā)生反應⑥得到氧化鐵，反應⑦是鋁熱反應，鋁和氧化鐵反應生鐵和氧化鋁，G中加入過量稀硫酸溶解鐵，過濾得到I為Cu和Au，H為硝酸鐵，反應⑨是加入還原劑得到亞鐵鹽溶液，I中加入過量稀硝酸溶解銅為硝酸銅，過濾得到金和濾液硝酸銅溶液，加入堿沉淀銅離子，生成氫氧化銅沉淀，反應為氫氧化銅分解生成氧化銅和水，
（1）圖中標號處①和⑧需加入的物質分別為NaOH、稀H₂SO₄ ；
（2）⑤處發(fā)生的反應為Fe（OH）₂在空氣中被氧化為氫氧化鐵，⑦處發(fā)生的反應為鋁熱反應，鋁和氧化鐵反應生鐵和氧化鋁，②處發(fā)生的反應為過濾二氧化碳和偏鋁酸鈉溶液反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，⑩處發(fā)生的反應為銅和稀硝酸反應生成一氧化氮、硝酸銅和水；
（3）J溶液為過量的硝酸，硝酸銅溶液，加入一定量的Fe、Al粉混合物充分反應后，可能發(fā)生的反應依據(jù)還原性順序為Al＞Fe＞Cu，氧化性HNO₃＞Cu²⁺＞H⁺，結合定量關系分析判斷可能存在的離子和固體；
（4）溶液中加入過量的Na₂O₂固體，與水反應生成NaOH和氧氣，放出熱量，鈉離子增大，F(xiàn)e²⁺被氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e²⁺減少；Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、NH₄⁺均與堿反應，鋁離子轉化為偏鋁酸根離子，F(xiàn)e³⁺轉化為氫氧化鐵，Cu²⁺轉化為Cu（OH）₂、NH₄⁺轉化為一水合氨和氨氣，故NH₄⁺減少；再通入過量的稀鹽酸，溶液中氫氧化鐵轉化為鐵離子，鐵離子增多，偏鋁酸根離子轉化為鋁離子，鋁離子，硫酸根離子和銅離子保持不變，依此進行判斷；
（5）AlCl₃和NaOH反應，當NaOH不足時生成Al（OH）₃，當堿過量時，則生成NaAlO₂．而AlCl₃的物質的量為0.02mol•L^-1×10L=0.2mol，完全生成Al（OH）₃沉淀時，沉淀質量應為15.6g，大于實際沉淀質量為3.9g，說明有兩種情況：一為沉淀不完全，只生成Al（OH）₃沉淀；另一種情況為沉淀部分溶解，既生成Al（OH）₃沉淀，又生成NaAlO₂，據(jù)此計算．

解答 解：某酸性工業(yè)廢水中含有SO₄^2-、Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Au³⁺、NH₄⁺等離子，加入過量鐵粉過濾得到濾液A為SO₄^2-、Na⁺、Al³⁺、NH₄⁺、Fe²⁺，濾渣G為Fe、Cu、Au，在濾液A中加入過量氫氧化鈉溶液過濾得到濾液B為SO₄^2-、Na⁺、NH₃•H₂O、NaAlO₂，通入過量二氧化碳反應過濾得到沉淀為C為Al（OH）₃，反應③為氫氧化鋁分解得到氧化鋁，D為Al₂O₃，反應④為電解熔融氧化鋁，Q為SO₄^2-、Na⁺、NH₄⁺、HCO₃^-，過濾得到E為Fe（OH）₂，在空氣中防止得到F為氫氧化鐵，加熱分解發(fā)生反應⑥得到氧化鐵，反應⑦是鋁熱反應，鋁和氧化鐵反應生鐵和氧化鋁，G中加入過量稀硫酸溶解鐵，過濾得到I為Cu和Au，H為硝酸鐵，反應⑨是加入還原劑得到亞鐵鹽溶液，I中加入過量稀硝酸溶解銅為硝酸銅，過濾得到金和濾液硝酸銅溶液，加入堿沉淀銅離子，生成氫氧化銅沉淀，反應為氫氧化銅分解生成氧化銅和水，
（1）圖中標號處①和⑧需加入的物質分別為NaOH、稀H₂SO₄，故答案為：NaOH；稀H₂SO₄ ；
（2）⑤處發(fā)生的反應為Fe（OH）₂在空氣中被氧化為氫氧化鐵，反應的化學方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，⑦處發(fā)生的反應為鋁熱反應，鋁和氧化鐵反應生鐵和氧化鋁，反應的化學方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃ ，②處發(fā)生的反應為過濾二氧化碳和偏鋁酸鈉溶液反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，
反應的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，⑩處發(fā)生的反應為銅和稀硝酸反應生成一氧化氮、硝酸銅和水，反應的離子方程式為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）J溶液為過量的硝酸，硝酸銅溶液，加入一定量的Fe、Al粉混合物充分反應后，可能發(fā)生的反應依據(jù)還原性順序為Al＞Fe＞Cu，氧化性HNO₃＞Cu²⁺＞H⁺，結合定量關系分析判斷可能存在的離子和固體，
a．硝酸過濾可能存在Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、無固體，故a正確；
b．當鐵部分過量，則溶液中存在Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、無固體，故b正確；
c．有銅析出則鐵離子一定不存在，Al³⁺、Fe³⁺、析出Cu不可能，故c錯誤；
d．有鐵析出一定不含Cu²⁺，Al³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、析出Fe不可能，故d錯誤；
e．Al、Fe過量可以析出銅，Al³⁺、Fe²⁺、析出Cu，故e正確；
故答案為：a、b、e；      
（4）溶液中加入過量的Na₂O₂固體，與水反應生成NaOH和氧氣，放出熱量，鈉離子增大，F(xiàn)e²⁺被氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e²⁺減少；
Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、NH₄⁺均與堿反應，鋁離子轉化為偏鋁酸根離子，F(xiàn)e³⁺轉化為氫氧化鐵，Cu²⁺轉化為Cu（OH）₂，NH₄⁺轉化為一水合氨和氨氣，故NH₄⁺減少；
再通入過量的稀鹽酸，溶液中氫氧化鐵轉化為鐵離子，鐵離子增多，偏鋁酸根離子轉化為鋁離子，鋁離子、硫酸根離子和銅離子保持不變保持不變，
故答案為：SO₄^2-、Al³⁺、Cu²⁺；
（5）AlCl₃的物質的量=10L×0.02mol/L=0.2mol，完全生成Al（OH）₃沉淀時，沉淀質量應為0.2mol×78g/mol=15.6g＞3.9g，說明有兩種情況：一為沉淀不完全，只生成Al（OH）₃沉淀；另一種情況為沉淀部分溶解，既生成Al（OH）₃沉淀，又生成NaAlO₂，n[Al（OH）₃]=$\frac{3.9g}{78g/mol}$=0.05mol，
①若堿不足，由Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓可知，NaOH的物質的量為0.05mol×3=0.15mol，故加入NaOH溶液的體積為$\frac{0.15mol}{0.5L}$=0.3mol/L，
②沉淀部分溶解，既生成Al（OH）₃沉淀，又生成NaAlO₂，則：
   Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓
0.05mol 0.15mol  0.05mol
故轉化 AlO₂^-的Al³⁺的物質的量=0.2mol-0.05mol=0.15mol，
    Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O
0.15mol 0.6mol
則消耗的堿的物質的量為0.15mol+0.6mol=0.75mol，加入NaOH溶液的體積為$\frac{0.75mol}{0.5L}$=1.5mol/L，
故答案為：0.3；1.5．

點評 本題考查了鋁、鐵及其化合物性質的分析應用，轉化關系的推斷，反應現(xiàn)象的理解應用，主要是離子性質和反應特征現(xiàn)象的判斷，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．