Question

某中学化学课外活动小组欲探究铁在氯气中燃烧产物的成份、性质和用途，设计了如下实验步骤：
Ⅰ．用下列实验装置制取纯净干燥的氯气
写出A、B中所盛放最佳化学试剂的名称______、______，画出虚线框内所需装置图并标明所需试剂的名称______．

Ⅱ．某同学将一定量铁粉与Cl₂恰好完全反应得到一固体物质a，然后通过实验确定其成分．探究过程如下：
（1）提出假设：（请把下列假设补充完整）
假设①：该固体物质是FeCl₃；假设②：______；假设③：______．
（2）设计实验方案：
取少量固体物质a于烧杯中，加适量水溶解，然后取两份a溶液分别进行实验，实验现象与结论如下表，请在表格内的横线处填空．

实验方法	实验现象	结论
在溶液中加 KSCN溶液	______	固体物质中有FeCl3
向a溶液中滴加 酸性KMnO4溶液	KMnO4溶液紫色 不褪色	固体物质中不含______

由此得出结论：假设______成立（填序号①②③）．
Ⅲ．为进一步探究物质a的性质，他们又利用a溶液做了如下一些实验，其中现象、结论均正确的是______（填写序号）
A．向氢氧化镁悬浊液中滴加a溶液出现红褐色沉淀，证明K_sp[Fe（OH）₃]＜K_sp[Mg（OH）₂]
B．向a溶液中加入少量铁粉，铁粉溶解，溶液颜色由浅绿色变成黄色
C．向沸水中滴加a的饱和溶液，立即出现红褐色沉淀
D．将a溶液加热蒸干并灼烧，得到Fe₂O₃固体
IV．a溶液常作印刷电路铜板的腐蚀剂，写出发生反应的离子方程式______．活动小组的同学们又设计了两种从上述废液中回收Cu的方案：
方案1：设计流程图如下：

请分别写出操作①和试剂②的名称______，______．
方案2：在废液中加入适量的盐酸调节溶液的pH=1，用铜和石墨作电极进行电解，铜作______极．当观察到阴极有少量气泡产生时，停止电解，这时要回收的Cu已全部析出．
评价：方案2在电极上直接回收铜，操作上比方案1简便，但方案2也有不足之处，主要表现为：______．

Answer 1

解：Ⅰ、实验室制备氯气含有氯化氢和水蒸气，需要除去得到纯净干燥的氯气，先把气体通入饱和食盐水除去氯化氢，再通入浓硫酸除去水蒸气；剩余氯气有毒污染空气，需要用氢氧化钠溶液吸收，如图为，故答案为：饱和食盐水；浓硫酸；；
Ⅱ、（1）根据类比法，结合铁和硝酸反应的产物，产物可能为FeCl₂、FeCl₃或FeCl₃和FeCl₂的混合物，
故答案为：FeCl₃；FeCl₃和FeCl₂；
（2）固体物质中有FeCl₃，在溶液中加入KSCN溶液，溶液应变红，在酸性KMnO₄溶液中加入少量A，KMnO₄溶液颜色无明显变化，说明不变含还原性物质，即不含FeCl₂；证明假设①正确；
故答案为：溶液变红色；FeCl₂；①；
Ⅲ、a通过实验验证为FeCl₃，
A、向氢氧化镁悬浊液中滴加a溶液出现红褐色沉淀，依据沉淀转化原理，反应向更难溶的分析进行，证明Fe（OH）₃溶解度小于Mg（OH）₂溶解度；故A正确；
B、铁和三价铁之间反应生成亚铁离子，溶液颜色变化为黄色变化为浅绿色；故B错误；
C、三价铁在沸水中水解生成氢氧化铁胶体，故C错误；
D、溶液加热蒸干，水解生成的氯化氢挥发，三价铁离子易水解生成红褐色沉淀，灼烧得到Fe₂O₃固体，故D正确；
故答案为：AD；
IV、三价铁和金属铜之间反应生成亚铁离子和铜离子，反应的离子方程式为：2Fe³⁺+Cu²⁺=2Fe³⁺+Cu；依据流程分析①是分离固体和溶液，需要用过滤操作；加入的试剂②是溶解铁需要 稀盐酸或稀硫酸；在氧化还原反应中氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，该反应能证明三价铁的氧化性强于铜离子，根据金属活动顺序表得出Cu²⁺＞H⁺＞Fe²⁺，电解时，阳极是活泼电极时，则金属电极会溶解，阴极上有少量气泡产生时，说明金属铜做阴极，按照氧化性顺序Fe³⁺＞Cu²⁺＞H⁺＞Fe²⁺，可以得出放电的离子以及电极反应为：Fe³⁺+e^-=Fe²⁺，Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，在阳极上放电的是氯离子，产生氯气，有毒，使用了电解装置，成本较高等；
故答案：2Fe³⁺+Cu²⁺=2Fe³⁺+Cu；过滤；盐酸（或稀硫酸）；阴；有污染性气体Cl₂产生；使用了电解装置，成本较高等．
分析：Ⅰ、依据装置图分析，实验室制备氯气含有氯化氢和水蒸气，需要除去得到纯净干燥的氯气；剩余氯气有毒污染空气，需要用氢氧化钠溶液吸收；
Ⅱ、（1）根据类比法，结合铁和硝酸反应的产物，产物可能为FeCl₂、FeCl₃或二者的混合物；
（2）固体物质中有FeCl₃，在溶液中加入KSCN溶液，溶液应变红，在酸性KMnO₄溶液中加入少量A，KMnO₄溶液颜色无明显变化，说明不变含还原性物质；
Ⅲ、a通过实验验证为FeCl₃，
A、依据沉淀转化原理是向更难溶的方向进行；
B、铁和三价铁之间反应生成亚铁离子；
C、沸水中氯化铁水解生成氢氧化铁胶体；
D、溶液加热蒸干，水解生成的氯化氢挥发，三价铁离子易水解生成红褐色沉淀；
Ⅳ、三价铁和金属铜之间反应生成亚铁离子和铜离子，在氧化还原反应中氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性；根据电解池的工作原理来回答．
点评：本题考查了氯气实验室制备方法气体净化，吸收方法，氯气和铁反应产物实验分析探究实验设计，电极原理应用，题目难度中等．