Question

4．電鍍工業(yè)會產(chǎn)生大量的電鍍污水，處理電鍍污水時會產(chǎn)生大量的電鍍污泥．電鍍污泥含．有多種金屬氫氧化物和雜質(zhì)．下面是處理某種電鍍污泥回收銅、鎳元素的一種工業(yè)流程．

電鍍污泥用硫酸浸出后得到的浸出液中各金屬離子濃度見下表．

金屬離子	Cu3+	Ni3+	Fe3+	Al3+	Cr3+
濃度（mg/L）	7000	7000	2500	4200	3500

（1）硫酸浸出過程中，為提高浸出速率，可以采取的措施有加熱、增大硫酸濃度、攪拌（寫出兩條）．
（2）在電解回收銅的過程中，為提高下一步的除雜效果，需控制電解電壓稍大一些使Fe²⁺氧化，則磷酸鹽沉淀中含有的物質(zhì)為FePO₄、CrPO₄、AlPO₄．
（3）假設(shè)電解前后Ni²⁺濃度基本不變，若使Ni²⁺在除雜過程不損失，則溶液中P0₄^3-濃度不能超過$\sqrt{\frac{5×1{0}^{-31}}{（\frac{7}{59}）^{3}}}$mol．L^-l．（列出計算表達(dá)式，Ksp[Ni₃（P0₄）₂]=5xl0^-31）
（4）濾液中的Na₃PO₄可回收循環(huán)使用；研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)NaOH溶液濃度過大時，部分鋁元素和鉻元素會在濾液中出現(xiàn)，濾液中出現(xiàn)鋁元素的原因?yàn)锳l（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O（用離子方程式解釋）．
（5）Ni（OH）₂是鎳氫蓄電池的正極材料，在堿性電解質(zhì)中，電池充電時Ni（OH）₂變?yōu)镹iOOH，則電池放電時正極的電極反應(yīng)式為NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-．
（6）電鍍污水中的Cr元素也可以用鐵氧體法處理，原理為在廢水中加入過量的FeS0₄，在酸性條件下Cr₂0₇^2-被還原為Cr³⁺，同時生成Fe³⁺；再加入過量的強(qiáng)堿生成鐵鉻氧體（Cr_xFe_3-xO₄）沉淀．寫出加入過量強(qiáng)堿生成鐵鉻氧體（ Cr_xFe_3-xO₄）沉淀的離子方程式xCr³⁺+Fe²⁺+（2-x）Fe³⁺+8OH^-=Cr_xFe_3-xO₄↓+4H₂O．

Answer 1

分析 電鍍污泥加入硫酸浸出，通過電解得到銅，電解液中加入磷酸鈉得到磷酸鹽沉淀，加入氫氧化鈉溶液溶解過濾得到氫氧化物沉淀，濾液主要是硫酸鎳溶液，通過調(diào)節(jié)溶液PH使鎳沉淀，過濾得到氫氧化鎳，
（1）為提高浸出速率可以升溫、攪拌、增大硫酸濃度等措施；
（2）鍍污泥用硫酸浸出后得到的浸出液中各金屬離子濃度可知，形成磷酸鹽沉淀應(yīng)為亞鐵離子、鋁離子和鉻離子；
（3）依據(jù)浸出液中各金屬離子濃度計算Ni離子物質(zhì)的量濃度，結(jié)合溶度積常數(shù)計算溶液中P0₄^3-濃度；
（4）循環(huán)使用的物質(zhì)是指參加反應(yīng)過程最后又生成的物質(zhì)，鋁離子結(jié)合氫氧根離子生成的氫氧化鋁沉淀是兩性氫氧化物能溶于氫氧化鈉溶液生成偏鋁酸鈉溶液；
（5）放電時，該裝置是原電池，Cd為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Cd-2e-+2OH^-=Cd（OH）₂，正極反應(yīng)式為NiOOH+H₂O+e^-═Ni（OH）₂+OH^-；
（6）在廢水中加入過量的FeS0₄，在酸性條件下Cr₂0₇^2-被還原為Cr³⁺，同時生成Fe³⁺；再加入過量的強(qiáng)堿生成鐵鉻氧體（Cr_xFe_3-xO₄）沉淀．寫出加入過量強(qiáng)堿生成鐵鉻氧體（ Cr_xFe_3-xO₄）沉淀，依據(jù)原子守恒和電荷守恒書寫離子方程式；

解答 解：（1）硫酸浸出過程中，為提高浸出速率，可以采取的措施有加熱、增大硫酸濃度、攪拌等，
故答案為：加熱、增大硫酸濃度、攪拌；
（2）在電解回收銅的過程中，為提高下一步的除雜效果，需控制電解電壓稍大一些使Fe²⁺氧化，則磷酸鹽沉淀中含有的物質(zhì)為，鍍污泥用硫酸浸出后得到的浸出液中各金屬離子濃度可知，形成磷酸鹽沉淀應(yīng)為亞鐵離子、鋁離子和鉻離子，形成的沉淀為：FePO₄、CrPO₄、AlPO₄，
故答案為：FePO₄、CrPO₄、AlPO₄；
（3）浸出液中各金屬離子濃度可知Ni²⁺濃度7000mg/L=7g/L，c（Ni）=$\frac{\frac{7g}{59g/mol}}{1L}$=$\frac{7}{59}$mol/L，若使Ni²⁺在除雜過程不損失，則溶液中P0₄^3-濃度不能超過Ksp[Ni₃（P0₄）₂]=c³（Ni²⁺）×c²（P0₄^3-）=5×l0^-31，c（P0₄^3-）=$\sqrt{\frac{5×1{0}^{-31}}{（\frac{7}{59}）^{3}}}$mol/L，
故答案為：$\sqrt{\frac{5×1{0}^{-31}}{（\frac{7}{59}）^{3}}}$；
（4）濾液中循環(huán)使用的物質(zhì)是指參加反應(yīng)過程最后又生成的物質(zhì)，分析流程可知磷酸鈉參與反應(yīng)過程最后又生成可以循環(huán)使用，當(dāng)NaOH溶液濃度過大時，部分鋁元素和鉻元素會在濾液中出現(xiàn)，鋁離子結(jié)合氫氧根離子生成的氫氧化鋁沉淀是兩性氫氧化物能溶于氫氧化鈉溶液生成偏鋁酸鈉溶液，濾液中出現(xiàn)鋁元素的原因是氫氧化鋁溶于氫氧化鈉溶液，反應(yīng)的離子方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Na₃PO₄，Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（5）放電時，正極發(fā)生還原反應(yīng)，NiOOH被還原生成Ni（OH）₂，電極方程式為NiOOH+H₂O+e^-═Ni（OH）₂+OH^-，
故答案為：NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-；
（6）在廢水中加入過量的FeS0₄，在酸性條件下Cr₂0₇^2-被還原為Cr³⁺，同時生成Fe³⁺；再加入過量的強(qiáng)堿生成鐵鉻氧體（Cr_xFe_3-xO₄）沉淀，加入過量強(qiáng)堿生成鐵鉻氧體（ Cr_xFe_3-xO₄）沉淀的離子方程式為：xCr³⁺+Fe²⁺+（2-x） Fe³⁺+8OH^-=Cr_xFe_3-xO₄↓+4H₂O
故答案為：xCr³⁺+Fe²⁺+（2-x） Fe³⁺+8OH^-=Cr_xFe_3-xO₄↓+4H₂O；

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)分離提純的過程分析判斷，離子性質(zhì)、離子反應(yīng)、溶度積常數(shù)的計算，注意化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)方程式書寫的理解應(yīng)用，題目難度中等．