Question

15．某研究性学习小组对某废旧合金（含有Cu、Fe、Si 三种成分）进行分离、回收．其工业流程如图：

已知：298K时，Ksp[Cu（OH）₂]=2.0×10^-20，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，Ksp[Mn（OH）₂]=1.9×10^-13，
根据上面流程回答有关问题：
（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ一定都不含有的操作是D
A．过滤    B．洗涤     C．干燥    D．蒸馏
（2）过量的还原剂应是铜粉，溶液a中发生的反应的离子方程式为2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺．
（3）若用x mol/L KMnO₄溶液处理溶液b，当恰好将溶液中的阳离子完全氧化时消耗KMnO₄溶液ymL，则最后所得红棕色固体C的质量为0.4xyg（用含x、y的代数式表示）．
（4）将溶液c调节pH至2.9-3.2的目的是保证Fe³⁺沉淀完全而其他金属阳离子不沉淀．
（5）常温下，取0.2mol/L的CuCl₂溶液，若要使Cu²⁺开始沉淀，应调节pH至4.5．
（6）工业上由红棕色固体C制取相应单质常用的方法是B
A．电解法     B．热还原法    C．热分解法
（7）用惰性电极电解溶液e制取固体B，所发生的化学反应方程式为CuCl₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cu+Cl₂↑．

Answer 1

分析 含有Cu、Fe、Si废旧合金中的铁与铜与过量的氯化铁溶液发生氧化还反应，得到固体硅和含氯化铜、氯化亚铁和氯化铁的混合溶液a，加入过量的还原剂铜粉，得到时氯化亚铁和氯化铜的混合溶液b，然后向溶液中加入酸性高锰酸钾将亚铁离子氧化成铁离子，得到含锰离子、铁离子和铜离子的混合溶液中滴加氢氧化钾调节溶液的pH使铁离子完全沉淀，然后过滤得到氢氧化铁固体，灼烧得到氧化铁，溶液e电解阳氯离子放电得到氯气，阴极铜离子放电得到单质铜； 
（1）根据操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分离得到的物质来判断；
（2）根据流程最后滤液中含铜，和电解得到B分析，加入过量的还原剂目的是还原过量的氯化铁；FeCl₃具有氧化性与还原剂铜发生氧化还原反应，离子方程为：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（3）根据关系式和原子守恒可计算出C（Fe₂O₃）的质量；
（4）根据氢氧化物的沉淀PH进行分析，使氯化铁完全生成氢氧化铁；
（5）若要使Cu²⁺开始沉淀，Qc=Ksp，所以c（OH^-）=$\root{2}{\frac{2.0×1{0}^{-20}}{0.2}}$=10^-9.5mol/L，根据水的离子积常数，求出氢离子的浓度，从而求出pH；
（6）氧化铁与还原剂一氧化碳发生氧化还原反应得到单质铁；
（7）溶液e电解阳氯离子放电得到氯气，阴极铜离子放电得到单质铜．

解答 解：（1）通过操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都得到固体和溶液，所用该操作是过滤，过滤是把不溶性固体和溶液分开的操作，所以涉及过滤、洗涤、干燥，故选：D；
（2）根据流程最后滤液中含铜，和电解得到B分析，加入过量的还原剂目的是还原过量的氯化铁，故应加铜，FeCl₃具有氧化性与还原剂铜发生氧化还原反应，离子方程为：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，故答案为：铜粉； 2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（3）溶液b中含亚铁离子，会被酸性高锰酸钾氧化成铁离子，高锰酸钾被还原为锰离子，反应的离子方程式为MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
根据关系式计算：
  2 MnO₄^-～10Fe²⁺～5Fe₂O₃
    2     10     5×160g
 0.001xy           m
m=$\frac{0.001xy×5×160g}{2}$=0.4xy，故答案为：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，
溶度积常数越小，对应离子越易沉淀，所以沉淀顺序为：Fe³⁺＞Cu²⁺＞Mn²⁺，使氯化铁完全生成氢氧化铁，故答案为：保证Fe³⁺沉淀完全而其他金属阳离子不沉淀；  
（5）若要使Cu²⁺开始沉淀，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，故答案为：4.5；
（6）氧化铁与还原剂一氧化碳发生氧化还原反应得到单质铁，所以用热还原法，故选：B；
（7）溶液e电解阳氯离子放电得到氯气，阴极铜离子放电得到单质铜，所以电极反应式为：CuCl₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cu+Cl₂↑，故答案为：CuCl₂$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cu+Cl₂↑．

点评 本题考查了实验方案的设计，设计实验基本操作，物质的分离与除杂，离子方程式的书写，沉淀溶解平衡及电解原理，题目较难，要考虑整个流程，从实验目的出发围绕问题根据化学原理一步步解答．