- 金属资源的开采及其污染治理
- 共94题
欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可将Cr2O72-转化为Cr（OH）3沉淀除去．已知：
（1）某含铬废水处理的主要流程如图所示：
①初沉池中加入的混凝剂是K2SO4﹒Al2（SO4）3﹒24H2O，用离子方程式表示其反应原理是______．
②反应池中发生主要反应的离子方程式是Cr2O72-+3HSO3-+5H+═2Cr3++3SO42-+4H2O．根据“沉淀法”和“中和法”的原理，向沉淀池中加入NaOH溶液，此过程中发生主要反应的离子方程式是______．证明Cr3+沉淀完全的方法是______．
（2）工业可用电解法来处理含 Cr2O72-废水．实验室利用如图模拟处理含Cr2O72-的废水，阳极反应式是Fe-2e-═Fe2+，阴极反应式是2H++2e-═H2↑．Fe2+与酸性溶液中的Cr2O72-反应的离子方程式是______，得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从水的电离平衡角度解释其原因是______．用电解法处理该溶液中0.01mol Cr2O72-时，至少得到沉淀的质量是______ g．
正确答案
解：（1）①K2SO4﹒Al2（SO4）3﹒24H2O为强电解质，在溶液中完全电离，生成Al3+和SO42-、K+，Al3+能水解生成氢氧化铝胶体：Al3++3H2O=Al（OH）3（胶体）+3H+或Al3++3H2O⇌Al（OH）3+3H+，氢氧化铝胶体具有吸附性，能吸附水中的悬浮物，所以能作净水剂，
故答案为：Al3++3H2O=Al（OH）3（胶体）+3H+或Al3++3H2O⇌Al（OH）3+3H+；
②根据“沉淀法”和“中和法”的原理，向沉淀池中加入NaOH溶液，NaOH会和H+发生反应H++OH-═H2O，Cr3+与NaOH发生反应Cr3++3OH-═Cr（OH）3↓，Cr（OH）3沉淀完全时的pH为8，所以，测定溶液的pH，若pH≥8，则证明Cr3+沉淀完全，
故答案为：Cr3++3OH-═Cr（OH）3↓、H++OH-═H2O；测定溶液的pH，若pH≥8，则证明Cr3+沉淀完全；
（2）亚铁离子与Cr2O72-发生氧化还原反应，被还原为Cr3+然后生成Cr（OH）3沉淀，重铬酸根具有强氧化性，能将生成的亚铁离子氧化为三价，即6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O；随着电解进行，溶液中c（H+） 逐渐减少，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中OH-浓度增大，溶液的碱性增强，生成Fe（OH）3和Cr（OH）3沉淀，金属阳离子在阴极区可沉淀完全；根据Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O，Cr3++3OH-═Cr（OH）3↓、Fe3++3OH-═Fe（OH）3↓知0.01mol Cr2O72-，可生成0.02molCr（OH）3，0.06molFe（OH）3，至少得到沉淀的质量是0.02mol×103g/mol+0.06mol×107g/mol=8.48g，
故答案为：Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O；阴极反应消耗了水中的H+，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中OH-浓度增大，溶液的碱性增强；8.48；
解析
解：（1）①K2SO4﹒Al2（SO4）3﹒24H2O为强电解质，在溶液中完全电离，生成Al3+和SO42-、K+，Al3+能水解生成氢氧化铝胶体：Al3++3H2O=Al（OH）3（胶体）+3H+或Al3++3H2O⇌Al（OH）3+3H+，氢氧化铝胶体具有吸附性，能吸附水中的悬浮物，所以能作净水剂，
故答案为：Al3++3H2O=Al（OH）3（胶体）+3H+或Al3++3H2O⇌Al（OH）3+3H+；
②根据“沉淀法”和“中和法”的原理，向沉淀池中加入NaOH溶液，NaOH会和H+发生反应H++OH-═H2O，Cr3+与NaOH发生反应Cr3++3OH-═Cr（OH）3↓，Cr（OH）3沉淀完全时的pH为8，所以，测定溶液的pH，若pH≥8，则证明Cr3+沉淀完全，
故答案为：Cr3++3OH-═Cr（OH）3↓、H++OH-═H2O；测定溶液的pH，若pH≥8，则证明Cr3+沉淀完全；
（2）亚铁离子与Cr2O72-发生氧化还原反应，被还原为Cr3+然后生成Cr（OH）3沉淀，重铬酸根具有强氧化性，能将生成的亚铁离子氧化为三价，即6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O；随着电解进行，溶液中c（H+） 逐渐减少，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中OH-浓度增大，溶液的碱性增强，生成Fe（OH）3和Cr（OH）3沉淀，金属阳离子在阴极区可沉淀完全；根据Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O，Cr3++3OH-═Cr（OH）3↓、Fe3++3OH-═Fe（OH）3↓知0.01mol Cr2O72-，可生成0.02molCr（OH）3，0.06molFe（OH）3，至少得到沉淀的质量是0.02mol×103g/mol+0.06mol×107g/mol=8.48g，
故答案为：Cr2O72-+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O；阴极反应消耗了水中的H+，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中OH-浓度增大，溶液的碱性增强；8.48；
某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3+、Cu2+、Au3+等离子．有人设计了图中的工艺流程，利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜．
填写下面空白．
（1）图中标号处需加入的相应物质分别是①______、②______、③______、④______、⑤______．
（2）写出①处发生反应的离子方程式______．写出③处发生反应的化学方程式______．
（3）铁红的化学式为______；分别写出铁红和氧化铜在工业上的一种主要用途：铁红______；氧化铜______．
正确答案
解：由工艺流程图示知，E为铁元素的离子，而A为铜、金的单质，通过过滤将铁元素与活泼性比它弱的铜、金分离出来，因此①处加入的物质为铁屑，发生的反应为Fe+2H+═Fe2++H2↑，2Fe3++Fe═3Fe2+，Cu2++Fe═Cu+Fe2+，2Au3++3Fe═2Au+3Fe2+；②处加入稀硫酸以除去铜、金中过量的铁屑，并将过滤后的硫酸亚铁溶液与含Fe2+的E溶液相混合；③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开；④处将得到的铜离子用氢氧化钠转化为氢氧化铜沉淀，从而再受热分解为氧化铜；⑤处加入氢氧化钠将亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀，再利用空气将其转化为氢氧化铁沉淀，最终受热分解为铁红（氧化铁）．
（1）由以上分析可知①铁屑；②稀硫酸；③稀硝酸；④氢氧化钠；⑤氢氧化钠，
故答案为：铁屑；稀硫酸；稀硝酸；氢氧化钠；氢氧化钠；
（2）①处加入的物质为铁屑，发生的反应为Fe+2H+═Fe2++H2↑，2Fe3++Fe═3Fe2+，Cu2++Fe═Cu+Fe2+，
2Au3++3Fe═2Au+3Fe2+；③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开，反应的化学方程式为
3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O，
故答案为：Fe+2H+=Fe2++H2↑；2Fe3++Fe=3Fe2+；Cu2++Fe=Cu+Fe2+；2Au3++3Fe=2Au+3Fe2+；
3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O；
（3）⑤处加入氢氧化钠将亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀，再利用空气将其转化为氢氧化铁沉淀，最终受热分解为铁红，常用作红色涂料，氧化铜常用作制造铜盐的原料．
故答案为：Fe2O3；用作红色涂料；用作制造铜盐的原料．
解析
解：由工艺流程图示知，E为铁元素的离子，而A为铜、金的单质，通过过滤将铁元素与活泼性比它弱的铜、金分离出来，因此①处加入的物质为铁屑，发生的反应为Fe+2H+═Fe2++H2↑，2Fe3++Fe═3Fe2+，Cu2++Fe═Cu+Fe2+，2Au3++3Fe═2Au+3Fe2+；②处加入稀硫酸以除去铜、金中过量的铁屑，并将过滤后的硫酸亚铁溶液与含Fe2+的E溶液相混合；③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开；④处将得到的铜离子用氢氧化钠转化为氢氧化铜沉淀，从而再受热分解为氧化铜；⑤处加入氢氧化钠将亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀，再利用空气将其转化为氢氧化铁沉淀，最终受热分解为铁红（氧化铁）．
（1）由以上分析可知①铁屑；②稀硫酸；③稀硝酸；④氢氧化钠；⑤氢氧化钠，
故答案为：铁屑；稀硫酸；稀硝酸；氢氧化钠；氢氧化钠；
（2）①处加入的物质为铁屑，发生的反应为Fe+2H+═Fe2++H2↑，2Fe3++Fe═3Fe2+，Cu2++Fe═Cu+Fe2+，
2Au3++3Fe═2Au+3Fe2+；③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开，反应的化学方程式为
3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O，
故答案为：Fe+2H+=Fe2++H2↑；2Fe3++Fe=3Fe2+；Cu2++Fe=Cu+Fe2+；2Au3++3Fe=2Au+3Fe2+；
3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O；
（3）⑤处加入氢氧化钠将亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀，再利用空气将其转化为氢氧化铁沉淀，最终受热分解为铁红，常用作红色涂料，氧化铜常用作制造铜盐的原料．
故答案为：Fe2O3；用作红色涂料；用作制造铜盐的原料．
阅读下文：
（Ⅰ）+6价铬易被人体吸收，可致癌；+3价铬不易被人体吸收，毒性小
（Ⅱ）由主成分为Fe（CrO2）2的铬铁矿制红矾钾（K2Cr2O7）和铬酐（CrO3）的剩余废渣（称为铬渣），其成分为：SiO2 4%～30%，Al2O3 5%～10%；CaO 26%～44%，MgO约1%；Fe2O3 2%～11%，CrO3 0.6%～0.8%，K2Cr2O7约1%
（Ⅲ）铬酐和红矾钾都易溶于水，这是造成铝污染的主要原因．它们都是强氧化剂，显酸性
（Ⅳ）一些金属氢氧化物沉淀的pH参照右表所示
回答下列问题：
（1）分别写出下列氧化物的对应水化物的化学式：Cr2O3______；CrO3______．
（2）将铬渣用水浸取，在浸出液中加入适量的绿矾加入续研的目的是______．
（3）然后再向浸出液中加入烧碱，至pH=4.7，过滤，再调节至5.6过滤．两次生成的沉淀是（写化学式）：______；最后滤液中所含金属离子是______．
（4）将从（3）得到的滤液内加入硫酸调节至溶液呈强酸性、过滤，蒸发浓缩，得到晶体此晶体中两种主要成分是______；欲将它们精制成镁盐，采取的措施是______．
正确答案
解：（1）Cr2O3中铬为+3价，其对应水化物中铬的化合价不变，所以化学式为：Cr（OH）3，CrO3中铬为+6价，其对应水化物中铬的化合价不变，所以化学式为：H2CrO4或H2Cr2O7，
故答案为：Cr（OH）3；H2CrO4或H2Cr2O7；
（2）将铬渣用水浸取，Cr为+6价，根据题意可知有毒，需要被还原为+3价，所以在浸出液中加入适量的绿矾加入续研的目的是将高价有毒的
故答案为：将溶液中+6价有毒的
（3）结合沉淀的pH，Fe（OH）3，开始沉淀PH=2.7，完全沉淀PH=3.7，Al（OH）3，开始沉淀PH=3.7，完全沉淀PH=4.7，向浸出液中加入烧碱，至pH=4.7，只有Fe（OH）3和Al（OH）3生成，Cr（OH）3，开始沉淀PH=4.6，完全沉淀PH=5.6，再调节至5.6，有Cr（OH）3生成，最后滤液中所含金属离子是Ca2+、Mg2+、Na+，
故答案为：Fe（OH）3和Al（OH）3、Cr（OH）3；Ca2+、Mg2+、Na+；
（4）根据剩余废渣（称为铬渣）中含有的物质可知，（3）操作后剩余的金属阳离子为Mg2+和Na+，硫酸提供阴离子SO42-，欲将它们精制成镁盐，需将镁离子先用碱沉淀，后用硫酸溶解，所以采取的措施是：将混合物溶于水，加入烧碱溶液，至沉淀完全，过滤，将沉淀溶于稀硫酸，再浓缩结晶，
故答案为：MgSO4和Na2SO4；将混合物溶于水，加入烧碱溶液，至沉淀完全，过滤，将沉淀溶于稀硫酸，再浓缩结晶；
解析
解：（1）Cr2O3中铬为+3价，其对应水化物中铬的化合价不变，所以化学式为：Cr（OH）3，CrO3中铬为+6价，其对应水化物中铬的化合价不变，所以化学式为：H2CrO4或H2Cr2O7，
故答案为：Cr（OH）3；H2CrO4或H2Cr2O7；
（2）将铬渣用水浸取，Cr为+6价，根据题意可知有毒，需要被还原为+3价，所以在浸出液中加入适量的绿矾加入续研的目的是将高价有毒的
故答案为：将溶液中+6价有毒的
（3）结合沉淀的pH，Fe（OH）3，开始沉淀PH=2.7，完全沉淀PH=3.7，Al（OH）3，开始沉淀PH=3.7，完全沉淀PH=4.7，向浸出液中加入烧碱，至pH=4.7，只有Fe（OH）3和Al（OH）3生成，Cr（OH）3，开始沉淀PH=4.6，完全沉淀PH=5.6，再调节至5.6，有Cr（OH）3生成，最后滤液中所含金属离子是Ca2+、Mg2+、Na+，
故答案为：Fe（OH）3和Al（OH）3、Cr（OH）3；Ca2+、Mg2+、Na+；
（4）根据剩余废渣（称为铬渣）中含有的物质可知，（3）操作后剩余的金属阳离子为Mg2+和Na+，硫酸提供阴离子SO42-，欲将它们精制成镁盐，需将镁离子先用碱沉淀，后用硫酸溶解，所以采取的措施是：将混合物溶于水，加入烧碱溶液，至沉淀完全，过滤，将沉淀溶于稀硫酸，再浓缩结晶，
故答案为：MgSO4和Na2SO4；将混合物溶于水，加入烧碱溶液，至沉淀完全，过滤，将沉淀溶于稀硫酸，再浓缩结晶；
硫酸工业中废渣的成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO．某探究性学习小组的同学设计以下方案，进行硫酸渣中金属元素的提取实验．
已知：阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH：
一水合氨电离常数Kb=1.8×10-5，其饱和溶液中c（OH-）约为1×10-3mol•L-1．
请回答：
（1）写出A与氢氟酸反应的化学方程式：______．
（2）上述流程中两次使用试剂X，推测试剂X是______（填以下字母编号）
A．水 B．氧化铝 C．氨水 D．氢氧化钠
（3）溶液D到固体E过程中需要控制溶液pH=13，如果pH过小，可能导致的后果
是______．（任写2点）
（4）写出F→H的反应离子方程式：______．
（5）证明H溶液的主要阴离子（Cl-、OH-除外）的方法是______．
正确答案
解：（1）硫酸工业中废渣的成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO，硫酸渣中只有二氧化硅和盐酸不反应，所以A是二氧化硅，二氧化硅与氢氟酸反应的化学方程式为：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，
故答案为：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O；
（2）试剂X的作用是中和溶液中的氢离子，生成氢氧化物沉淀，由于氨水中一水合氨为弱碱，其碱性无法溶解氢氧化铝，而水为中性、氧化铝无法使溶液pH=13，所以试剂X为氢氧化钠，
故答案为：D；
（3）根据流程图可知，固体C是氢氧化铁，E是氢氧化镁，所以如果氢氧化钠不足，则镁离子沉淀不完全，且氢氧化铝溶解也不完全，
故答案为：镁离子沉淀不完全、氢氧化铝溶解不完全；
（4）溶液F是氢氧化钠和偏铝酸钠的混合物，所以通入足量的CO2是生成沉淀氢氧化铝，而溶液中的溶质则是碳酸氢钠，反应的离子方程式为：AlO2-+CO2+2H2O═Al（OH）3↓+HCO3-，
故答案为：AlO2-+CO2+2H2O═Al（OH）3↓+HCO3-；
（5）溶液H中含有的阴离子除了Cl-、OH-外，还含有碳酸氢根离子，检验碳酸氢根离子的方法为：取1-2 mL H溶液，加入过量BaCl2（CaCl2）溶液，没有沉淀产生，再滴加入NaOH溶液，有白色沉淀产生，（或再滴加入盐酸，有无色无味气体产生），证明含有HCO3-，
故答案为：取1-2 mL H溶液，加入过量BaCl2（CaCl2）溶液，没有沉淀产生，再滴加入NaOH溶液，有白色沉淀产生，（或再滴加入盐酸，有无色无味气体产生），证明含有HCO3-．
解析
解：（1）硫酸工业中废渣的成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO，硫酸渣中只有二氧化硅和盐酸不反应，所以A是二氧化硅，二氧化硅与氢氟酸反应的化学方程式为：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，
故答案为：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O；
（2）试剂X的作用是中和溶液中的氢离子，生成氢氧化物沉淀，由于氨水中一水合氨为弱碱，其碱性无法溶解氢氧化铝，而水为中性、氧化铝无法使溶液pH=13，所以试剂X为氢氧化钠，
故答案为：D；
（3）根据流程图可知，固体C是氢氧化铁，E是氢氧化镁，所以如果氢氧化钠不足，则镁离子沉淀不完全，且氢氧化铝溶解也不完全，
故答案为：镁离子沉淀不完全、氢氧化铝溶解不完全；
（4）溶液F是氢氧化钠和偏铝酸钠的混合物，所以通入足量的CO2是生成沉淀氢氧化铝，而溶液中的溶质则是碳酸氢钠，反应的离子方程式为：AlO2-+CO2+2H2O═Al（OH）3↓+HCO3-，
故答案为：AlO2-+CO2+2H2O═Al（OH）3↓+HCO3-；
（5）溶液H中含有的阴离子除了Cl-、OH-外，还含有碳酸氢根离子，检验碳酸氢根离子的方法为：取1-2 mL H溶液，加入过量BaCl2（CaCl2）溶液，没有沉淀产生，再滴加入NaOH溶液，有白色沉淀产生，（或再滴加入盐酸，有无色无味气体产生），证明含有HCO3-，
故答案为：取1-2 mL H溶液，加入过量BaCl2（CaCl2）溶液，没有沉淀产生，再滴加入NaOH溶液，有白色沉淀产生，（或再滴加入盐酸，有无色无味气体产生），证明含有HCO3-．
某硫酸工厂从废钒催化剂中回收五氧化二钒的流程如图1：
（1）步骤①的目的是______．
（2）步骤②生成物中n（SO2）：n（O2）=______．
（3）步骤③反应的离子方程式为______．
（4）步骤④调节pH与交换效率的关系如图2．从图中分析，为提高交换效率宜调节pH范围为______．
（5）步骤⑤加入的沉淀剂X是______（填化学式）．
（6）已知步骤⑤中NaVO3的浓度为0.1mol•L-1，为使沉钒效率达到90%，应调节NH+4的最低浓度为______[25℃时Ksp（NH4VO3）=1.6×10-3．溶液体积变化忽略不计]．从绿色化学角度分析，要进一步提高沉钒效率，可采取的措施是______．
正确答案
解：（1）根据流程图可以知道V2O4是溶于酸性溶液中的，但是V2O5不溶，所以步骤①的目的是使V2O4溶解，将V2O4和V2O5分离，故答案为：使V2O4溶解；
（2）五氧化二钒和硫酸钠之间的实质为：2V2O5+2SO42-=2SO2↑+O2↑+4VO3-，所以生成物中n（SO2）：n（O2）=2：1，故答案为：2：1；
（3）氯酸根离子具有氧化性，可以将VO2+氧化，在碱性介质下，发生的反应为：6VO2++ClO3-+18OH-=6VO3-+Cl-+9H2O，
故答案为：6VO2++ClO3-+18OH-=6VO3-+Cl-+9H2O；
（4）根据pH与交换效率的关系图，可以知道交换效率最高点所处的pH范围是6～8，故答案为：6～8；
（5）根据流程图可以知道步骤⑤加入的沉淀剂后，溶液中多出了铵根离子和氯离子，所以加入的X是氯化铵，故答案为：NH4Cl；
（6）25℃时Ksp（NH4VO3）=
故答案为：0.16mol/L；将母液循环利用．
解析
解：（1）根据流程图可以知道V2O4是溶于酸性溶液中的，但是V2O5不溶，所以步骤①的目的是使V2O4溶解，将V2O4和V2O5分离，故答案为：使V2O4溶解；
（2）五氧化二钒和硫酸钠之间的实质为：2V2O5+2SO42-=2SO2↑+O2↑+4VO3-，所以生成物中n（SO2）：n（O2）=2：1，故答案为：2：1；
（3）氯酸根离子具有氧化性，可以将VO2+氧化，在碱性介质下，发生的反应为：6VO2++ClO3-+18OH-=6VO3-+Cl-+9H2O，
故答案为：6VO2++ClO3-+18OH-=6VO3-+Cl-+9H2O；
（4）根据pH与交换效率的关系图，可以知道交换效率最高点所处的pH范围是6～8，故答案为：6～8；
（5）根据流程图可以知道步骤⑤加入的沉淀剂后，溶液中多出了铵根离子和氯离子，所以加入的X是氯化铵，故答案为：NH4Cl；
（6）25℃时Ksp（NH4VO3）=
故答案为：0.16mol/L；将母液循环利用．
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