Question

15．某研究性學習小組對某廢舊合金（含有Cu、Fe、Si 三種成分）進行分離、回收．其工業(yè)流程如圖：

已知：298K時，Ksp[Cu（OH）₂]=2.0×10^-20，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，Ksp[Mn（OH）₂]=1.9×10^-13，
根據(jù)上面流程回答有關問題：
（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ一定都不含有的操作是D
A．過濾    B．洗滌     C．干燥    D．蒸餾
（2）過量的還原劑應是銅粉，溶液a中發(fā)生的反應的離子方程式為2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺．
（3）若用x mol/L KMnO₄溶液處理溶液b，當恰好將溶液中的陽離子完全氧化時消耗KMnO₄溶液ymL，則最后所得紅棕色固體C的質(zhì)量為0.4xyg（用含x、y的代數(shù)式表示）．
（4）將溶液c調(diào)節(jié)pH至2.9-3.2的目的是保證Fe³⁺沉淀完全而其他金屬陽離子不沉淀．
（5）常溫下，取0.2mol/L的CuCl₂溶液，若要使Cu²⁺開始沉淀，應調(diào)節(jié)pH至4.5．
（6）工業(yè)上由紅棕色固體C制取相應單質(zhì)常用的方法是B
A．電解法     B．熱還原法    C．熱分解法
（7）用惰性電極電解溶液e制取固體B，所發(fā)生的化學反應方程式為CuCl₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cu+Cl₂↑．

Answer 1

分析 含有Cu、Fe、Si廢舊合金中的鐵與銅與過量的氯化鐵溶液發(fā)生氧化還反應，得到固體硅和含氯化銅、氯化亞鐵和氯化鐵的混合溶液a，加入過量的還原劑銅粉，得到時氯化亞鐵和氯化銅的混合溶液b，然后向溶液中加入酸性高錳酸鉀將亞鐵離子氧化成鐵離子，得到含錳離子、鐵離子和銅離子的混合溶液中滴加氫氧化鉀調(diào)節(jié)溶液的pH使鐵離子完全沉淀，然后過濾得到氫氧化鐵固體，灼燒得到氧化鐵，溶液e電解陽氯離子放電得到氯氣，陰極銅離子放電得到單質(zhì)銅； 
（1）根據(jù)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分離得到的物質(zhì)來判斷；
（2）根據(jù)流程最后濾液中含銅，和電解得到B分析，加入過量的還原劑目的是還原過量的氯化鐵；FeCl₃具有氧化性與還原劑銅發(fā)生氧化還原反應，離子方程為：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（3）根據(jù)關系式和原子守恒可計算出C（Fe₂O₃）的質(zhì)量；
（4）根據(jù)氫氧化物的沉淀PH進行分析，使氯化鐵完全生成氫氧化鐵；
（5）若要使Cu²⁺開始沉淀，Qc=Ksp，所以c（OH^-）=$\root{2}{\frac{2.0×1{0}^{-20}}{0.2}}$=10^-9.5mol/L，根據(jù)水的離子積常數(shù)，求出氫離子的濃度，從而求出pH；
（6）氧化鐵與還原劑一氧化碳發(fā)生氧化還原反應得到單質(zhì)鐵；
（7）溶液e電解陽氯離子放電得到氯氣，陰極銅離子放電得到單質(zhì)銅．

解答 解：（1）通過操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都得到固體和溶液，所用該操作是過濾，過濾是把不溶性固體和溶液分開的操作，所以涉及過濾、洗滌、干燥，故選：D；
（2）根據(jù)流程最后濾液中含銅，和電解得到B分析，加入過量的還原劑目的是還原過量的氯化鐵，故應加銅，F(xiàn)eCl₃具有氧化性與還原劑銅發(fā)生氧化還原反應，離子方程為：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，故答案為：銅粉； 2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（3）溶液b中含亞鐵離子，會被酸性高錳酸鉀氧化成鐵離子，高錳酸鉀被還原為錳離子，反應的離子方程式為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
根據(jù)關系式計算：
  2 MnO₄^-～10Fe²⁺～5Fe₂O₃
    2     10     5×160g
 0.001xy           m
m=$\frac{0.001xy×5×160g}{2}$=0.4xy，故答案為：0.4xy；
（4）因Ksp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，Ksp[Mn（OH）₂]=1.9×10^-13，
溶度積常數(shù)越小，對應離子越易沉淀，所以沉淀順序為：Fe³⁺＞Cu²⁺＞Mn²⁺，使氯化鐵完全生成氫氧化鐵，故答案為：保證Fe³⁺沉淀完全而其他金屬陽離子不沉淀；  
（5）若要使Cu²⁺開始沉淀，Qc=Ksp，所以c（OH^-）=$\root{2}{\frac{2.0×1{0}^{-20}}{0.2}}$=10^-9.5mol/L，所以pH=4.5，故答案為：4.5；
（6）氧化鐵與還原劑一氧化碳發(fā)生氧化還原反應得到單質(zhì)鐵，所以用熱還原法，故選：B；
（7）溶液e電解陽氯離子放電得到氯氣，陰極銅離子放電得到單質(zhì)銅，所以電極反應式為：CuCl₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cu+Cl₂↑，故答案為：CuCl₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cu+Cl₂↑．

點評 本題考查了實驗方案的設計，設計實驗基本操作，物質(zhì)的分離與除雜，離子方程式的書寫，沉淀溶解平衡及電解原理，題目較難，要考慮整個流程，從實驗目的出發(fā)圍繞問題根據(jù)化學原理一步步解答．