Question

下图是某研究性学习小组设计的对一种废旧合金的各成分（含有Cu、Fe、Si 三种成分）进行分离、回收再利用的工业流程，通过该流程将各成分转化为常用的单质及化合物。

已知：298K时，Ksp[Cu(OH)₂]=2.2×10^-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指的是                                     。
（2）加入过量FeCl₃溶液过程中可能涉及的化学方程式：                    。
（3）过量的还原剂应是                                                        。
（4）①向溶液b中加入酸性KMnO₄溶液发生反应的离子方程式为                     。
②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                 g（用含X、Y的代数式表示）。
（5）常温下,若溶液c中所含的金属阳离子浓度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，则三种金属阳离子沉淀的先后顺序为：             ﹥           ﹥            。(填金属阳离子)
（6）最后一步电解若用惰性电极电解一段时间后，析出固体B的质量为Z g，同时测得阴阳两极收集到的气体体积相等，则标况下阳极生成的最后一种气体体积为     L（用含Z的代数式表示）；该电极的反应式为                                                             .

Answer 1

（1）过滤（1分）
（2）2FeCl₃ +Fe = 3FeCl₂（2分）；    2FeCl₃ + Cu= 2FeCl₂ +CuCl₂（2分）
（3）Cu粉（2分）   
（4）①  MnO₄^－ + 5Fe²⁺ + 8H⁺= Mn²⁺+ 5Fe³⁺+4H₂O（2分） ② 0.4XY（2分）
（5）Fe³⁺＞Cu²⁺＞Mn²⁺（2分）   
（6）22.4Z/64 （2分）；  4OH^－ ―4e^－＝O₂↑ + 4H₂O（2分）

试题分析：根据题给流程图和信息知，废旧合金（含有Cu、Fe、Si 三种成分）与过量FeCl₃溶液混合发生的反应为2FeCl₃ +Fe = 3FeCl₂；2FeCl₃ + Cu= 2FeCl₂ +CuCl₂，过滤，固体A的成分为Si，溶液a的成分为FeCl₃ 、FeCl₂ 和CuCl₂的混合液；电解含Cu²⁺、Cl^—、K⁺的溶液的固体B，B的成分为Cu；溶液a加过量还原剂反应后过滤得固体B（Cu），则还原剂为铜，发生的反应为2FeCl₃ + Cu= 2FeCl₂ +CuCl₂，溶液b的成分为FeCl₂ 和CuCl₂的混合液；溶液b中加入酸性高锰酸钾溶液，亚铁离子被氧化为铁离子，用氢氧化钾溶液调节溶液的PH，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，灼烧的氧化铁，溶液d经处理的金属锰。（1）由流程图知，操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为分离固液混合物的操作，指的是过滤；（2）加入过量FeCl₃溶液过程中可能涉及的化学方程式：2FeCl₃ +Fe = 3FeCl₂；2FeCl₃ + Cu= 2FeCl₂ +CuCl₂；（3）由上述分析知，过量的还原剂应是Cu粉；（4）①向溶液b中加入酸性KMnO₄溶液亚铁离子被氧化为铁离子，反应的离子方程式为MnO₄^－ + 5Fe²⁺ + 8H⁺= Mn²⁺+ 5Fe³⁺+4H₂O；②根据相关反应的关系式：2MnO₄^－—— 10Fe²⁺——5Fe₂O₃，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；（5）根据题意知，溶液c中所含的金属阳离子为Fe³⁺、Cu²⁺和Mn²⁺，若三者浓度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，根据题给溶度积产生判断，Fe³⁺所需氢氧根浓度最小先沉淀，Mn²⁺所需氢氧根浓度最大，最后沉淀，则三种金属阳离子沉淀的先后顺序为：Fe³⁺＞Cu²⁺＞Mn²⁺；（6）根据题意知，电解过程的电极反应式依次为：阳极：4OH^－ ―4e^－＝O₂↑ + 4H₂O；阴极：Cu²⁺ + 2e^-= Cu；2H⁺ + 2e^- = H₂↑；根据电子守恒计算，标况下阳极生成的最后一种气体体积为22.4Z/64L。