Question

2．化工廢料鉻渣非法丟放，容易導(dǎo)致嚴(yán)重的水污染，某地因鉻渣污染，水體污泥中含有Cr³⁺，回收再利用工藝如下（硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺）：

（1）實(shí)驗(yàn)室用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，密度為1.84g/mL的濃硫酸配制250mL　3.68mol•L^-1的硫酸溶液，需要用量筒量取濃硫酸50.0mL；
（2）H₂O₂的電子式為；
（3）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案分離濾渣2中的2種化學(xué)成分，最佳試劑為NaOH和CO₂；
（4）通過鈉離子交換樹脂，所除雜質(zhì)離子對(duì)應(yīng)元素在周期表中的族序數(shù)是ⅡA；
（5）通入SO₂過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na₂Cr₂O₇+3SO₂+11H₂O=2Cr（OH）（H₂O）₅SO₄+Na₂SO₄；
（6）也可用Fe做電極，利用電解法將Na₂Cr₂O₇轉(zhuǎn)化為Cr（OH）₃沉淀，同時(shí)有Fe（OH）₃沉淀生成，整個(gè)過程所涉及到總反應(yīng)的離子方程式為6Fe+19H₂O+Cr₂O₇^2-=6H₂+2Cr（OH）₃+6Fe（OH）₃+2OH^-，若電解過程中電流強(qiáng)度為I，處理1mol Na₂Cr₂O₇理論上需要時(shí)間為$\frac{12q{N}_{A}}{I}$（已知一個(gè)電子的電量為q，N_A表示阿伏伽德羅常數(shù)），研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)Na₂Cr₂O₇濃度較大時(shí)三價(jià)鐵能夠全部沉淀，而部分三價(jià)鉻以某種形式溶于水，如果與工業(yè)廢水混合后再電解，三價(jià)鐵和三價(jià)鉻都可以全部沉淀，試分析可能的原因Cr（OH）₃沉淀可能與OH^-反應(yīng)．

Answer 1

分析 含鉻污泥加入3.68mol/L的硫酸溶液，過濾得到硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr³⁺，其次是Fe³⁺、Al³⁺、Ca²⁺，加入過氧化氫，H₂O₂的作用是將濾液Ⅰ中的Cr³⁺轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，加入NaOH溶液使溶液呈酸性，PH=5此時(shí)鐵離子、鋁離子，
（1）根據(jù)c=$\frac{1000ρw}{M}$計(jì)算濃硫酸的物質(zhì)的量濃度，再根據(jù)稀釋定律計(jì)算需要濃硫酸的體積；
（2）過氧化氫為共價(jià)化合物，氧原子間形成一個(gè)共價(jià)鍵，每個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子結(jié)合形成共價(jià)鍵，據(jù)此書寫電子式；
（3）濾渣2中的2種化學(xué)成分為氫氧化鋁和氫氧化鐵沉淀，分離二者是利用氫氧化鋁為兩性氫氧化物，加入氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁，過濾得到氫氧化鐵沉淀，濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀；
（4）通過鈉離子交換樹脂，除去鈣離子；
（5）通入SO₂過程發(fā)生反氧化還原應(yīng)生成Cr（OH）（H₂O）₅ SO₄和Na₂SO₄，結(jié)合原子守恒配平書寫化學(xué)方程式；
（6）Fe做電極，利用電解法將Na₂Cr₂O₇轉(zhuǎn)化為Cr（OH）₃沉淀，同時(shí)有Fe（OH）₃沉淀生成，陽極鐵失電子生成亞鐵離子，陰極氫離子得到電子生成氫氣，重鉻酸鈉氧化亞鐵離子生成鐵離子在溶液中生成氫氧化鐵沉淀，重鉻酸根離子被還原為鉻離子生成氫氧化鉻沉淀，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式，結(jié)合離子方程式計(jì)算電子轉(zhuǎn)移，計(jì)算處理1mol Na₂Cr₂O₇理論上需要時(shí)間，當(dāng)Na₂Cr₂O₇濃度較大時(shí)三價(jià)鐵能夠全部沉淀，而部分三價(jià)鉻以某種形式溶于水，堿性溶液中氫氧化鉻可能會(huì)溶于堿生成溶于水的溶液．

解答 解：（1）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，密度為1.84g/cm³的濃硫酸的物質(zhì)的量濃度=$\frac{1000×1.84×98%}{98}$mol/L=18.4mol/L，
令需要濃硫酸的體積為V，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：
250mL×3.68mol/L=V×18.4mol/L
解得V=50.0mL
故答案為：50.0；
（2）過氧化氫為共價(jià)化合物，氧原子間形成一個(gè)共價(jià)鍵，每個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子結(jié)合形成共價(jià)鍵，H₂O₂的電子式為，
故答案為：；
（3）濾渣2中的2種化學(xué)成分為氫氧化鋁和氫氧化鐵沉淀，分離二者是利用氫氧化鋁為兩性氫氧化物，加入氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁，過濾得到氫氧化鐵沉淀，濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，
故答案為：CO₂；
（4）通過鈉離子交換樹脂，除去鈣離子，鈣元素在第ⅡA，
故答案為：ⅡA；
（5）通入SO₂過程發(fā)生反氧化還原應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na₂Cr₂O₇+3SO₂+11H₂O=2Cr（OH）（H₂O）₅ SO₄+Na₂SO₄，
故答案為：Na₂Cr₂O₇+3SO₂+11H₂O=2Cr（OH）（H₂O）₅ SO₄+Na₂SO₄；
（6）用Fe做電極，利用電解法將Na₂Cr₂O₇轉(zhuǎn)化為Cr（OH）₃沉淀，同時(shí)有Fe（OH）₃沉淀生成，陽極鐵失電子生成亞鐵離子，陰極氫離子得到電子生成氫氣，重鉻酸鈉氧化亞鐵離子生成鐵離子在溶液中生成氫氧化鐵沉淀，重鉻酸根離子被還原為鉻離子生成氫氧化鉻沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：6Fe+19H₂O+Cr₂O₇^2-=6H₂+2Cr（OH）₃+6Fe（OH）₃+2OH^-，電解過程中電極上電子轉(zhuǎn)移總數(shù)12e^-，若電解過程中電流強(qiáng)度為I，處理1mol Na₂Cr₂O₇理論上需要時(shí)間為$\frac{12q{N}_{A}}{I}$，當(dāng)Na₂Cr₂O₇濃度較大時(shí)三價(jià)鐵能夠全部沉淀，而部分三價(jià)鉻以某種形式溶于水，堿性溶液中氫氧化鉻具有兩性可能會(huì)溶于堿生成溶液，
故答案為：6Fe+19H₂O+Cr₂O₇^2-=6H₂+2Cr（OH）₃+6Fe（OH）₃+2OH^-；$\frac{12q{N}_{A}}{I}$；Cr（OH）₃沉淀可能與OH^-反應(yīng)（或Cr（OH）₃具有兩性）；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純的方法和實(shí)驗(yàn)基本操作、電解原理的分析判斷、注意化學(xué)方程式和離子方程式的書寫和錯(cuò)誤分析，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．