Question

8．電鍍污泥中含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物質，工業(yè)上通過“中溫焙燒-鈉氧化法”回收Na₂Cr₂O₇等物質．

已知：在水浸后的Na₂CrO₄溶液中含有少量NaAlO₂、Na₂ZnO₂等物質．
（1）水浸后的溶液呈堿性（填“酸”、“堿”或“中”）．
（2）完成氧化焙燒過程中生成Na₂CrO₄的化學方程式．
4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;中溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂+6H₂O
（3）濾渣Ⅱ的主要成分有Zn（OH）₂、Al（OH）₃．
已知：①除去濾渣II后，溶液中存在如下反應：2Cr+2H⁺?Cr₂+H₂O
②Na₂Cr₂O₇、Na₂CrO₄在不同溫度下的溶解度如下表

溫度 溶解度 化學式	20℃	60℃	100℃
Na2SO4	19.5	45.3	42.5
Na2Cr2O7	183	269	415
Na2CrO4	84	115	126

“系列操作”中為：繼續(xù)加入H₂SO₄，蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾．繼續(xù)加入H₂SO₄目的是促進平衡CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O向正反應方向移動，盡可能生成更多溶解度更大的Na₂Cr₂O₇．
（5）工業(yè)上還可以在水浸過濾后的溶液（Na₂CrO₄）加入適量H₂SO₄，用石墨作電極電解生產金屬鉻，寫出生成鉻的電極反應方程式CrO₄^2-+8H⁺+6e^-=Cr+4H₂O．
（6）已知Al（OH）₃為難溶物（常溫下，K_sp[Al（OH）₃]=2.0×10^-33）．當溶液pH=5時，某溶液中的Al³⁺能（填“能”或“不能”）完全沉淀．（溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol•L^-1時沉淀完全）．

Answer 1

分析 以含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物質的電鍍污泥為原料，烘干后加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂AlO₃+CO₂↑，ZnO++Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂ZnO₂+CO₂↑，水浸后過濾得到濾渣CuO、NiO，濾液為Na₂CrO₄，NaAlO₂、Na₂ZnO₂等，調節(jié)溶液PH沉淀ZnO₂^2-離子和偏鋁酸根離子，過濾得到濾液Na₂CrO₄，濾渣Ⅱ的主要成分有Zn（OH）₂、Al（OH）₃，濾液Na₂CrO₄加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過提純得到重鉻酸鈉．
（1）根據(jù)水浸后的溶液成分結合鹽類水解的規(guī)律解答，強堿弱酸鹽水解溶液呈堿性；
（2）氧化焙燒過程中有氧氣參加反應，結合質量守恒定律產物有水，根據(jù)氧化還原反應最小公倍數(shù)發(fā)配平；
（3）水浸后溶液中存在Na₂CrO₄、NaAlO₂、Na₂ZnO₂等物質，加入硫酸調節(jié)溶液的pH可得到Zn（OH）₂、Al（OH）₃沉淀；
（4）水浸后溶液中存在Na₂CrO₄，加入硫酸發(fā)生CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，從平衡移動的角度分析；
（5）生成鉻的電極發(fā)生還原反應，CrO₄^2-得到電子生成Cr；
（6）根據(jù)濃度積與溶度積常數(shù)相對大小判斷，如果濃度積大于溶度積常數(shù)，則有沉淀生成，否則沒有沉淀生成．

解答 解：以含有Cr（OH）₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物質的電鍍污泥為原料，烘干后加入碳酸鈉和氧氣高溫灼燒發(fā)生反應4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+6H₂O+4CO₂，Al₂O₃+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂AlO₃+CO₂↑，ZnO++Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂ZnO₂+CO₂↑，水浸后過濾得到濾渣CuO、NiO，濾液為Na₂CrO₄，NaAlO₂、Na₂ZnO₂等，調節(jié)溶液PH沉淀ZnO₂^2-離子和偏鋁酸根離子，過濾得到濾液Na₂CrO₄，加入硫酸酸化生成重鉻酸鈉溶液，通過提純得到重鉻酸鈉．
（1）CuO、NiO為難溶物，溶液中含有Na₂CrO₄，NaAlO₂、Na₂ZnO₂等，通過水浸后過濾得到濾渣CuO、NiO，回收Cu、Ni；水浸后溶液中存在Na₂CrO₄、NaAlO₂、Na₂ZnO₂等都為強堿弱酸鹽，水解呈堿性，
故答案為：堿性；
（2）氧化焙燒過程中有氧氣參加反應，根據(jù)質量守恒可知還應生成水，化合價變化為：Cr（+3→+6），O（0→-2），最小公倍數(shù)為12，所以Cr（OH）₃前系數(shù)為4，O₂前系數(shù)為3，反應的方程式為：4Cr（OH）₃+4Na₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;中溫\;}}{\;}$4Na₂CrO₄+4CO₂+6H₂O，
故答案為：4、4、3、4、4、6H₂O；
（3）Zn（OH）₂、Al（OH）₃具有兩性，水浸后溶液中存在Na₂CrO₄、NaAlO₂、Na₂ZnO₂等物質，加入硫酸調節(jié)溶液的pH可得到Zn（OH）₂、Al（OH）₃沉淀，
故答案為：Al（OH）₃；
（4）水浸后溶液中存在Na₂CrO₄，加入硫酸發(fā)生CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，加入硫酸可使平衡向正反應方向移動，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶可得到晶體，
故答案為：促進平衡CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O向正反應方向移動，盡可能生成更多溶解度更大的Na₂Cr₂O₇；
（5）生成鉻的電極發(fā)生還原反應，CrO₄^2-得到電子生成Cr，反應的電解方程式為CrO₄^2-+8H⁺+6e^-=Cr+4H₂O，
故答案為：CrO₄^2-+8H⁺+6e^-=Cr+4H₂O；
（6）pH=5的溶液中c（OH^-）=10^-9mol/L，c（Al³⁺）=$\frac{2.0×1{0}^{-33}}{（1{0}^{-9}）^{3}}$mol/L=2.0×10^-6mol/L＜1×10^-5 mol•L^-1，所以能完全沉淀，
故答案為：能．

點評 本題考查物質的分離提純的綜合實驗設計，側重于分離、提純方案的設計和操作，題目難度中等，注意把握題給信息和電極方程式的書寫、注意難溶物的溶解平衡的應用．