- 金属资源的开采及其污染治理
- 共94题
电子产品产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁．某化学兴趣小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：
按要求回答下列问题：
（1）滤渣1中存在的金属有______．
（2）已知沉淀物的pH如下表：
①则操作②中X物质最好选用的是______（填编号）
a．酸性高锰酸钾溶液 b．漂白粉 c．氯气 d．双氧水
②理论上应控制溶液pH的范围是______．
（3）检验滤液2中既不存在Fe2+又不存在Fe3+的操作步骤是______．
（4）用一个离子方程式表示在酸浸液中加入足量铝粉的反应：______．
（5）由CuSO4•5H2O制备CuSO4时，应把CuSO4•5H2O放在______（填仪器名称）中加热脱水．
（6）现向一含有Ca2+、Cu2+的混合溶液中滴加Na2CO3溶液，若首先生成CuCO3沉淀，根据该实验可得出的结论是______（填序号）
A．Ksp（CuCO3）＜Ksp（CaCO3） B．c（Cu2+）＜c（Ca2+）
C.
正确答案
解：（1）稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe发生反应生成Cu2+、Al3+、Fe2+，Au、Pt和酸不反应，所以滤渣是Au、Pt，故答案为：Au、Pt；
（2）①第②步加入试剂X的作用是将Fe2+氧化为Fe3+，双氧水与亚铁离子的反应为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，双氧水做氧化剂被还原后为水，不引入杂质，对环境无污染，而高锰酸钾溶液、漂白粉、氯气做氧化剂，反应后引进了装置，且污染环境，所以试剂X最好选用双氧水，
故答案为：d；
②调溶液PH的目的是使Fe3+和Al3+形成沉淀，依据图表数据分析可知，铁离子完全沉淀时溶液pH=3.7，铝离子完全沉淀时溶液pH=4.4，而铜离子开始沉淀时的pH=4.9，所以使Fe3+和Al3+形成沉淀，铜离子不沉淀，溶液pH调节范围应该为：4.4＜pH＜4.9，
故答案为：4.4＜pH＜4.9；
（3）检验滤液2中既不存在Fe2+又不存在Fe3+，可以先取少量滤液，向溶液中加入硫氰化钾溶液，如果溶液没有变成红色，证明溶液中不存在铁离子，然后向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液没有变成红色，证明不存在亚铁离子，
故答案为：取少量滤液于试管中，向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不变红证明不存在Fe3+，继续向溶液中滴入新制氯水，如果溶液不变红证明不存在Fe2+；
（4）根据实验流程，酸浸液中含有铁离子和铝离子，向酸浸液中加入铝粉后，铁离子与铝发生反应生成铁和铝离子，反应的离子方程式为Fe3++Al=Al3++Fe，
故答案为：Fe3++Al=Al3++Fe；
（5）由CuSO4•5H2O制备CuSO4时，应把CuSO4•5H2O放在坩埚中，故答案为：坩埚；
（6）碳酸铜、碳酸钙的溶度积分别为：Ksp（CuCO3）=c（Cu2+）•c（CO32-）、Ksp（CaCO3）=c（Ca2+）•c（CO32-），向一含有Ca2+、Cu2+的混合溶液中滴加Na2CO3溶液，若首先生成CuCO3沉淀，说明铜离子生成碳酸铜沉淀需要的碳酸根离子浓度小于钙离子生成碳酸钙沉淀需要的碳酸根离子，即
故答案为：C．
解析
解：（1）稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe发生反应生成Cu2+、Al3+、Fe2+，Au、Pt和酸不反应，所以滤渣是Au、Pt，故答案为：Au、Pt；
（2）①第②步加入试剂X的作用是将Fe2+氧化为Fe3+，双氧水与亚铁离子的反应为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，双氧水做氧化剂被还原后为水，不引入杂质，对环境无污染，而高锰酸钾溶液、漂白粉、氯气做氧化剂，反应后引进了装置，且污染环境，所以试剂X最好选用双氧水，
故答案为：d；
②调溶液PH的目的是使Fe3+和Al3+形成沉淀，依据图表数据分析可知，铁离子完全沉淀时溶液pH=3.7，铝离子完全沉淀时溶液pH=4.4，而铜离子开始沉淀时的pH=4.9，所以使Fe3+和Al3+形成沉淀，铜离子不沉淀，溶液pH调节范围应该为：4.4＜pH＜4.9，
故答案为：4.4＜pH＜4.9；
（3）检验滤液2中既不存在Fe2+又不存在Fe3+，可以先取少量滤液，向溶液中加入硫氰化钾溶液，如果溶液没有变成红色，证明溶液中不存在铁离子，然后向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液没有变成红色，证明不存在亚铁离子，
故答案为：取少量滤液于试管中，向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不变红证明不存在Fe3+，继续向溶液中滴入新制氯水，如果溶液不变红证明不存在Fe2+；
（4）根据实验流程，酸浸液中含有铁离子和铝离子，向酸浸液中加入铝粉后，铁离子与铝发生反应生成铁和铝离子，反应的离子方程式为Fe3++Al=Al3++Fe，
故答案为：Fe3++Al=Al3++Fe；
（5）由CuSO4•5H2O制备CuSO4时，应把CuSO4•5H2O放在坩埚中，故答案为：坩埚；
（6）碳酸铜、碳酸钙的溶度积分别为：Ksp（CuCO3）=c（Cu2+）•c（CO32-）、Ksp（CaCO3）=c（Ca2+）•c（CO32-），向一含有Ca2+、Cu2+的混合溶液中滴加Na2CO3溶液，若首先生成CuCO3沉淀，说明铜离子生成碳酸铜沉淀需要的碳酸根离子浓度小于钙离子生成碳酸钙沉淀需要的碳酸根离子，即
故答案为：C．
电镀废水、废渣的处理和综合利用体现了绿色化学的思想．
Ⅰ．含铬电镀废水的处理可采用以下方法：
（1）电解法．往废水中加入适量氯化钠，以铁为电极进行电解，电解过程中，阳极的电极反应式为______．
（2）沉淀法．含铬废水中存在平衡：Cr2O72-+H2O⇌2CrO42-+2H+．往废水中加入BaCl2，铬元素转化为铬酸钡（BaCrO4）沉淀，此过程中，还应加入NaOH，理由是______．
Ⅱ．某工厂利用富含镍（Ni）的电镀废渣（含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质）制备NiSO4•6H2O．其生产流程如图所示：
（3）步骤①中加入H2SO4后，需充分搅拌的目的是______．
（4）步骤③中，在酸性条件下，H2O2使Fe2+转化为Fe3+的离子方程式为______．
（5）已知：ⅰ．Ksp[Fe（OH）3]=2.5×10-39、Ksp[Cr（OH）3]=6.3×10-31；ⅱ．溶液中离子浓度小于10-5 mol•L-1时，可视为沉淀完全．25℃时，若沉淀E为Fe（OH）3和Cr（OH）3，步骤④中，应控制溶液的pH不小于______．（提示：lg2.5×10-39=-38.6，lg6.5×10-31=-30.2）
（6）溶液C中溶质的主要成分是______．
正确答案
解：（1）活泼金属作电极，电解电解质溶液时，阳极上铁失电子生成亚铁离子进入溶液，阴极上溶液中氢离子得电子生成氢气，
故答案为：Fe-2e-=Fe2+；
（2）氢氧根离子和氢离子反应生成水，促使平衡Cr2O72-+H2O⇌2CrO42-+2H+右移，有利于铬元素转化为铬酸钡（BaCrO4）沉淀，
故答案为：使平衡Cr2O72-+H2O⇌2CrO42-+2H+右移，有利于除铬；
（3）搅拌的目的是提高废渣的溶解速率和溶解程度，故答案为：提高废渣的溶解速率和溶解程度；
（4）双氧水有强氧化性，二价铁离子有还原性，所以双氧水和二价铁离子能发生氧化还原反应生成铁离子和水，
故答案为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；
（5）Ksp[Fe（OH）3]=2.5×10-39，c（OH-）=
[Cr（OH）3]=6.3×10-31，c（OH-）=
所以溶液中的PH控制在5.6，故答案为：5.6；
（6）电镀废渣（含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质）和硫酸反应生成硫酸盐，加入硫化钠溶液后，溶液中含有硫酸钠、硫酸亚铁、硫酸铬等，向溶液中双氧水和氢氧化钠溶液后，溶液中含有硫酸镍、硫酸钠，向溶液中加碳酸钠溶液后，所以溶液中的溶质是硫酸钠，
故答案为：Na2SO4．
解析
解：（1）活泼金属作电极，电解电解质溶液时，阳极上铁失电子生成亚铁离子进入溶液，阴极上溶液中氢离子得电子生成氢气，
故答案为：Fe-2e-=Fe2+；
（2）氢氧根离子和氢离子反应生成水，促使平衡Cr2O72-+H2O⇌2CrO42-+2H+右移，有利于铬元素转化为铬酸钡（BaCrO4）沉淀，
故答案为：使平衡Cr2O72-+H2O⇌2CrO42-+2H+右移，有利于除铬；
（3）搅拌的目的是提高废渣的溶解速率和溶解程度，故答案为：提高废渣的溶解速率和溶解程度；
（4）双氧水有强氧化性，二价铁离子有还原性，所以双氧水和二价铁离子能发生氧化还原反应生成铁离子和水，
故答案为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；
（5）Ksp[Fe（OH）3]=2.5×10-39，c（OH-）=
[Cr（OH）3]=6.3×10-31，c（OH-）=
所以溶液中的PH控制在5.6，故答案为：5.6；
（6）电镀废渣（含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质）和硫酸反应生成硫酸盐，加入硫化钠溶液后，溶液中含有硫酸钠、硫酸亚铁、硫酸铬等，向溶液中双氧水和氢氧化钠溶液后，溶液中含有硫酸镍、硫酸钠，向溶液中加碳酸钠溶液后，所以溶液中的溶质是硫酸钠，
故答案为：Na2SO4．
某工厂的电镀污泥中含有铜、铁等金属化合物．为实现资源的回收利用并有效防止环境污染，设计如下工艺流程：
（1）酸浸后加入H2O2的目的是______．调pH步骤中加入的试剂最好是______（填化学式）．实验室进行过滤操作所用到的玻璃仪器有______．
（2）煮沸CuSO4溶液的原因是______．向CuSO4溶液中加入一定量的NaCl、Na2SO3，可以生成白色的CuCl沉淀，写出该反应的化学方程式______．
（3）CuCl产品中CuCl的质量分数大于96.50%为国家合格标准．称取所制备的CuCl样品0.2500g置于一定量的0.5mol•L-1FeCl3溶液中，待样品完全溶解后，加水20mL，用0.1000mol•L-1的Ce（SO4）2溶液滴定，到达终点时消耗Ce（SO4）2溶液24.60mL．有关的化学反应为：Fe3++CuCl=Fe2++Cu2++Cl-，Ce4++Fe2+=Fe3++Ce3+．通过计算说明该CuCl样品______（填“符合”或“不符合”）国家标准．
（4）25℃时，KSP[Fe（OH）3]=4.0×10-38．Fe3+发生水解反应Fe3++3H2O⇌Fe（OH）3+3H+，该反应的平衡常数为______．
正确答案
将Fe2+氧化成Fe3+．便于调整pH值与Cu2+分离
CuO、或Cu（OH）2、或CuCO3
漏斗、烧杯、玻璃棒
除净溶液中的H2O2，避免影响下一步CuCl的生成
2CuSO4+2NaCl+Na2SO3+H2O=2CuCl↓+2Na2SO4+H2SO4
符合
2.5×10-5
解析
解：（1）电镀污泥中含有铜、铁等金属化合物，酸浸后主要是溶解铜、铁等金属化合物，双氧水有强氧化性，能氧化还原性的物质，Fe2+具有还原性，酸浸后加入H2O2，Fe2+能被双氧水氧化为高价离子，便于调整pH值与
Cu2+分离，调pH步骤中加入的试剂最好是加入某种物质除去溶液中的酸且不引进新的杂质，所以要加入氧化铜、或氢氧化铜、碳酸铜，当溶液的pH值4.4时，铜离子开始出现沉淀，当溶液的pH值为3.2时，三价铁离子沉淀完全，铜离子未产生沉淀，所以要使三价铁离子和铜离子分离，过滤操作用到的仪器有铁架台、漏斗、烧杯、玻璃棒等；其中属于玻璃仪器有：漏斗、烧杯、玻璃棒，
故答案为：将Fe2+氧化成Fe3+．便于调整pH值与Cu2+分离；CuO、或Cu（OH）2、或CuCO3；漏斗、烧杯、玻璃棒；
（2）过氧化氢性质比较稳定，若加热到153℃便猛烈的分解为水和氧气，将溶液中过量的H2O2 除去可加热至沸避免影响下一步CuCl的生成，因为CuSO4中+2价的铜能把Na2SO3中+4价的硫氧化成+6价的硫，向CuSO4溶液中加入一定量的NaCl、Na2SO3时生成白色的CuCl沉淀，反应的化学方程式为：2CuSO4+2NaCl+Na2SO3+H2O=2CuCl↓+2Na2SO4+H2SO4，
故答案为：除净溶液中的H2O2，避免影响下一步CuCl的生成；2CuSO4+2NaCl+Na2SO3+H2O=2CuCl↓+2Na2SO4+H2SO4；
（3）设样品中CuCl的质量为x，有关的化学反应为：Fe3++CuCl=Fe2++Cu2++Cl-，Ce4++Fe2+=Fe3++Ce3+，则：
由化学反应方程式可知：CuCl～～～Fe2+～～～Ce4+
1 1
n（CuCl） 24.60×10-3L×0.1000 mol/L
所以 n（CuCl）=24.60×10-3L×0.1000 mol/L=2.46×10-3mol．
所以该样品CuCl的质量为2.46×10-3mol×99.5g/mol=0.2448g．
0.2500g合格的CuCl中含有CuCl的质量0.2500g×96.5%=0.2413g，小于0.2448g，所以该样品中CuCl的质量分数符合标准，
故答案为：符合；
（4）Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）×c3（OH-）=4.0×10-38，c（H+）=
Fe3++3H2O⇌Fe（OH）3+3H+的平衡常数K=
故答案为：2.5×10-5．
某工厂排放的工业废水中含Fe3+、Al3+、Cu2+，为了减少环境污染，变废为宝，利用废铁屑和其它化学试剂进行如下操作，得到了Fe2O3、Al2O3和金属Cu．
请回答：
（1）固体A的成分是______．（用化学式表示）
（2）溶液B中的阳离子有______．
（3）写出B→D的离子方程式______．
（4）试剂G是______（写名称）溶液E焰色反应呈黄色，试剂H是______（用化学式表示）．
正确答案
解：（1）根据流程图中可以知道，完成回收铁红、Al2O3和金属Cu，先加过量铁粉，2Fe3++Fe═3 Fe2+，铁在金属活动顺序表中排在铜的前面，所以铁粉把铜置换出来，Cu2++Fe=Fe2++Cu，过滤得到Fe、Cu，
故答案为：Fe、Cu；
（2）金属铁可以和铁离子、铜离子之间反应，过滤所得溶液B中含有Al3+、Fe2+，故答案为：Fe2+、Al3+（H+）；
（3）过滤所得溶液B中含有Al3+、Fe2+，加氯水，+2价的铁离子被氯水氧化，2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；该反应中氯气中氯元素从0价变为产物中的氯离子，化合价降低是氧化剂，故答案为：2Fe2++Cl2=2Fe3++2Clˉ；
（4）金属铁可以和盐酸、稀硫酸之间反应，但是金属铜和稀盐酸、稀硫酸之间不反应，据此实现金属铁和铜的分离，所以试剂G是稀盐酸或是稀硫酸，分离Al3+、Fe2+，需加强碱，氢氧化铝既可以和强酸反应还可以和强碱反应，溶液E焰色反应呈黄色说明含有钠离子，说明试剂H是氢氧化钠；
故答案为：稀盐酸或稀硫酸、NaOH．
解析
解：（1）根据流程图中可以知道，完成回收铁红、Al2O3和金属Cu，先加过量铁粉，2Fe3++Fe═3 Fe2+，铁在金属活动顺序表中排在铜的前面，所以铁粉把铜置换出来，Cu2++Fe=Fe2++Cu，过滤得到Fe、Cu，
故答案为：Fe、Cu；
（2）金属铁可以和铁离子、铜离子之间反应，过滤所得溶液B中含有Al3+、Fe2+，故答案为：Fe2+、Al3+（H+）；
（3）过滤所得溶液B中含有Al3+、Fe2+，加氯水，+2价的铁离子被氯水氧化，2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；该反应中氯气中氯元素从0价变为产物中的氯离子，化合价降低是氧化剂，故答案为：2Fe2++Cl2=2Fe3++2Clˉ；
（4）金属铁可以和盐酸、稀硫酸之间反应，但是金属铜和稀盐酸、稀硫酸之间不反应，据此实现金属铁和铜的分离，所以试剂G是稀盐酸或是稀硫酸，分离Al3+、Fe2+，需加强碱，氢氧化铝既可以和强酸反应还可以和强碱反应，溶液E焰色反应呈黄色说明含有钠离子，说明试剂H是氢氧化钠；
故答案为：稀盐酸或稀硫酸、NaOH．
电子级钴的氧化物用于半导体工业和电子陶瓷等领域，是一种纯度很高的氧化物．其工业制取流程如下：
（1）实验室过滤所需的仪器有铁架台、铁圈、烧杯、______ 和漏斗．
（2）滤渣A的成分除过量的Co3（PO4）3和Fe（OH）3外还有______（填化学式），加入CO3（PO4）2的目的是______．
（3）Co与稀硝酸反应生成Co2+的离子方程式为：______．
（4）滤渣B经过反复洗涤、干燥后，进行灼烧，其热重分析图如下：写出下列化学反应方程式：
①AB段：______；
②BC段______．
正确答案
解：（1）实验室过滤所需的仪器有铁架台、铁圈、烧杯、玻璃棒和漏斗，故答案为：玻璃棒；
（2）硅和稀硝酸之间不会反应，滤渣A的成分除过量的Co3（PO4）3和Fe（OH）3外还有Si，加入CO3（PO4）2后，调节pH，使之可以和铁离子之间反应，但是和钴离子之间不反应，这样可以将铁离子除去，故答案为：Si；调节pH，保证Co2+不沉淀，而使铁离子全部沉淀；
（3）硝酸具有氧化性，能将金属Co氧化，离子方程式为：3Co+8H++2NO3-═3Co2++4H2O+2NO↑，故答案为：3Co+8H++2NO3-═3Co2++4H2O+2NO↑；
（4）AB段，固体质量减小7.2g 是一氧化碳和二氧化碳的质量和，发生反应：CoC2O4
故答案为：CoC2O4
解析
解：（1）实验室过滤所需的仪器有铁架台、铁圈、烧杯、玻璃棒和漏斗，故答案为：玻璃棒；
（2）硅和稀硝酸之间不会反应，滤渣A的成分除过量的Co3（PO4）3和Fe（OH）3外还有Si，加入CO3（PO4）2后，调节pH，使之可以和铁离子之间反应，但是和钴离子之间不反应，这样可以将铁离子除去，故答案为：Si；调节pH，保证Co2+不沉淀，而使铁离子全部沉淀；
（3）硝酸具有氧化性，能将金属Co氧化，离子方程式为：3Co+8H++2NO3-═3Co2++4H2O+2NO↑，故答案为：3Co+8H++2NO3-═3Co2++4H2O+2NO↑；
（4）AB段，固体质量减小7.2g 是一氧化碳和二氧化碳的质量和，发生反应：CoC2O4
故答案为：CoC2O4
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