Question

5．某工廠對工業(yè)污泥中的Cr元素回收與再利用的工藝如圖（已知硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是少量的Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）：

部分陽離子常溫下以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見表：

陽離子	Fe3+	Fe2+	Mg2+	Al3+	Cr3+
開始沉淀時(shí)的pH	1.9	7.0	--	--	--
沉淀完全時(shí)的pH	3.2	9.0	11.1	8	9（＞9溶解）

（1）實(shí)驗(yàn)室用98%（密度為1.84g•cm^-3）的濃硫酸配制200mL 4.8mol•L^-1的硫酸溶液，配制時(shí)需要量取98%的濃硫酸的體積為52.2   mL（保留小數(shù)點(diǎn)后一位小數(shù)），所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、量筒和酸式滴定管外，還需200mL容量瓶，膠頭滴管．
（2）過濾操作時(shí)，需要對沉淀進(jìn)行洗滌，洗漆沉淀的方法是沿玻璃棒向漏斗中注入蒸餾水，至剛好浸沒沉淀物，等蒸餾水自然流盡后，再重復(fù)操作2到3次．
（3）加入H₂O₂的作用一方面是氧化+3價(jià)Cr使之轉(zhuǎn)變成+6價(jià)Cr（CrO₄^2-或Cr₂O₇^2-），以便于與雜質(zhì)離子分離：另一方面是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．（離子方程式表示）
（4）調(diào)節(jié)溶液的pH=8除去的雜質(zhì)離子是Al³⁺、Fe³⁺．
（5）鈉離子交換樹脂的原理為：Mn⁺+nNaR→MR_n+nNa⁺，被交換的雜質(zhì)離子是Ca²⁺、Mg²⁺．
（6）通SO₂氣體時(shí)，還原過程發(fā)生以下反應(yīng)（填寫缺項(xiàng)物質(zhì)并配平）：
Na₂Cr₂O₇+3SO₂+11H₂O=2Cr（OH）（H₂O）₅SO₄+1Na₂SO₄．

Answer 1

分析 含鉻污泥預(yù)處理后，用硫酸浸取液中金屬離子主要是Cr³⁺，其次是 Fe²⁺、Fe³⁺、A1³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，過濾除去不溶性雜質(zhì)，然后加入過氧化氫氧化鉻離子、亞鐵離子為高價(jià)態(tài)，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=8使其他離子沉淀，過濾得到濾液用鈉離子交換樹脂交換鎂離子，得到溶液中通入二氧化硫還原得到Cr（OH）（H₂O）₅SO₄．
（1）配制200mL溶液選取容量瓶，應(yīng)選擇200mL容量瓶，根據(jù)c=$\frac{1000ρw}{M}$計(jì)算濃硫酸物質(zhì)的量濃度，再根據(jù)稀釋定律計(jì)算需要濃硫酸體積；需用到的玻璃儀器有：膠頭滴管、玻璃棒、燒杯和量筒、200mL容量瓶，根據(jù)濃硫酸體積選擇量筒規(guī)格；
（2）過濾操作時(shí)，需要對沉淀進(jìn)行洗滌，利用過濾裝置進(jìn)行洗滌，沉淀再濾紙上加入水浸沒沉淀，待水自然流下再重復(fù)操作2到3次；
（3）雙氧水有強(qiáng)氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)，F(xiàn)e²⁺和Cr³⁺有還原性，F(xiàn)e²⁺和Cr³⁺能被雙氧水氧化為高價(jià)離子；
（4）圖表中離子開始沉淀和完全沉淀的PH，調(diào)節(jié)pH至8，可使Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀；
（5）鎂離子、鈣離子沉淀的pH較大，可用離子交換法除去；
（6）通SO₂氣體時(shí)，還原過程發(fā)生以下反應(yīng)，鉻元素化合價(jià)+6價(jià)變化為+3價(jià)，Na₂Cr₂O～2CrOH（H₂O）₅SO₄～6e^-，硫元素化合價(jià)變化為+6價(jià)，SO₂～SO₄^2-～2e-，電子守恒得到電子轉(zhuǎn)移總數(shù)6e^-．

解答 解：（1）根據(jù)c=$\frac{1000ρw}{M}$可知，濃硫酸物質(zhì)的量濃度為$\frac{1000×1.84×98%}{98}$mol/L=18.4mol/L，根據(jù)稀釋定律，稀釋前后溶質(zhì)硫酸的物質(zhì)的量不變，則需要濃硫酸體積為$\frac{0.2L×4.8mol/L}{18.4mol/L}$=0.0522L=52.2mL，需用到的玻璃儀器有：膠頭滴管、玻璃棒、燒杯和100mL量筒、200mL容量瓶，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、量筒和酸式滴定管外，還需200mL容量瓶，膠頭滴管，
故答案為：52.2；200mL容量瓶，膠頭滴管；
（2）過濾操作時(shí)，需要對沉淀進(jìn)行洗滌，洗漆沉淀的方法是：沿玻璃棒向漏斗中注入蒸餾水，至剛好浸沒沉淀物，等蒸餾水自然流盡后，再重復(fù)操作2到3次，
故答案為：沿玻璃棒向漏斗中注入蒸餾水，至剛好浸沒沉淀物，等蒸餾水自然流盡后，再重復(fù)操作2到3次；
（3）雙氧水有強(qiáng)氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)，F(xiàn)e²⁺和Cr³⁺有還原性，F(xiàn)e²⁺和Cr³⁺能被雙氧水氧化為高價(jià)離子，以便于與雜質(zhì)離子分離，其中Fe²⁺反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）依據(jù)圖表中離子開始沉淀和完全沉淀的PH，調(diào)節(jié)pH至8，可使Al³⁺、Fe³⁺生成沉淀，故答案為：Al³⁺、Fe³⁺；
（5）因鎂離子、鈣離子沉淀的pH較大，可用離子交換法除去，故答案為：Ca²⁺、Mg²⁺；
（6）通SO₂氣體時(shí)，還原過程發(fā)生以下反應(yīng)，鉻元素化合價(jià)+6價(jià)變化為+3價(jià)，Na₂Cr₂O～2CrOH（H₂O）₅SO₄～6e^-，硫元素化合價(jià)變化為+6價(jià)，SO₂～SO₄^2-～2e-，電子守恒得到電子轉(zhuǎn)移總數(shù)6e^-，結(jié)合原子守恒配平得到化學(xué)方程式：Na₂Cr₂O₇+3SO₂+11H₂O=2CrOH（H₂O）₅SO₄↓+Na₂SO₄，
故答案為：1，3，11H₂O，2，1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及物質(zhì)的分離、提純、制備以及難溶電解質(zhì)的溶解平衡，為高考常見題型，側(cè)重考查學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�，注意把握物質(zhì)的性質(zhì)、題給信息以及計(jì)算的思路，題目難度中等．