Question

10．根据下列流程处理废旧电路板来回收金属Cu，并制得高铁酸钾（ K₂FeO₄ ）．据此回答问题：

（l）加入试剂a （从下列试剂中选择），发生反应的离子方程式为Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O．
A．浓硫酸       B．硫酸铁溶液        C．氯水      D．H₂O₂和稀硫酸
（2）加入试剂a反应后，溶液Z中金属离子可能有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，欲测定溶液Z中Fe²⁺的浓度，需要用容量瓶（填仪器名称）配制一定浓度的KMnO₄标准溶液，在滴定时高锰酸钾标准溶液加入到酸式（填“酸式”或“碱式”）滴定管中．
（3）金属铜与人体分泌物中的盐酸以及体内的空气反应可生成超氧酸：Cu+HCl+O₂=CuCl+HO₂，HO₂ （超氧酸）不仅是一种弱酸也是一种自由基，具有极高的活性．下列说法不正确的是C（填写序号字母）
A．氧化剂是O₂                 B．NaO₂的水溶液显碱性
C．氧化产物是HO₂             D．1mol Cu参加反应有1mol 电子发生转移
（4）K₂FeO₄在水溶液中存在反应：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂，在“提纯”K₂FeO₄中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用B溶液（填序号字母）．
A．H₂O    B．CH3COONa、异丙醇    C．NH₄Cl、异丙醇  D．Fe （NO₃）₃、异丙醇K₂FeO₄与FeCl₃相比，处理水的效果更好的是K₂FeO₄，理由是高铁酸钾（K₂FeO₄）具有强氧化性，在净水的同时还能杀菌消毒
（5）写出硫酸铁生成高铁酸钾溶液的离子方程式2Fe³⁺+3Cl₂+16OH^-=2FeO₄^2-+6Cl^-+8H₂O．

Answer 1

分析 由流程图可知，废旧线路板有铜，试剂a要满足可以把铜单质氧化生成硫酸铜、不引入关键杂质离子（例如Fe²⁺、Fe³⁺）且不污染环境等条件，由已知终端产物金属铜和硫酸铁溶液反推可知固体X为铁和铜，溶液Y为FeSO₄溶液，从而确定试剂b为Fe，废旧电路板也可以加入试剂c溶解，试剂c为硫酸铁，用来溶解铜生成硫酸亚铁和硫酸铜，得到混合溶液Z，在溶液中加入铜除去过量硫酸铁，分离得到硫酸铜溶液和硫酸亚铁溶液Y，固体X为铁和铜，加入稀硫酸溶解铁，过滤得到金属铜和滤液Y，在滤液Y中加入氧化剂氧化硫酸亚铁为硫酸铁，在碱性溶液这通入氯气氧化硫酸铁为高铁酸钾；
（1）试剂a要满足可以把铜单质氧化生成硫酸铜、不引入关键杂质离子（例如Fe²⁺、Fe³⁺）且不污染环境等条件，废旧电路板与试剂a反应能够生成硫酸铜溶液的有A、B、D三种试剂，但A浓硫酸与铜反应就需要加热，而且反应还会产生SO₂污染空气，B硫酸铁溶液与铜反应会产生Fe²⁺、Fe³⁺杂质离子；D选项利用过氧化氢做氧化剂在酸溶液中氧化铜生成硫酸铜，无污染；
（2）由CuSO₄溶液和溶液Y（FeSO₄溶液）可知试剂c为硫酸铁溶液，KMnO₄溶液可腐蚀橡胶；
（3）Cu+HCl+O₂=CuCl+HO₂中，Cu元素的化合价由0升高为+1价，由HO₂不仅是一种弱酸而且也是一种自由基，具有极高的活性可知O元素的化合价降低；
（4）洗涤剂的选择要求：要对K₂FeO₄水解能起到抑制作用的试剂，K₂FeO₄除与水反应生成4Fe（OH）₃（胶体）之外，还具有强氧化性，FeCl₃净水是由于Fe³⁺生成Fe（OH）₃胶体；
（5）在碱性溶液这通入氯气氧化硫酸铁为高铁酸钾．

解答 解：由流程图可知，废旧线路板有铜，试剂a要满足可以把铜单质氧化生成硫酸铜、不引入关键杂质离子（例如Fe²⁺、Fe³⁺）且不污染环境等条件，由已知终端产物金属铜和硫酸铁溶液反推可知固体X为铁和铜，溶液Y为FeSO₄溶液，从而确定试剂b为Fe，废旧电路板也可以加入试剂c溶解，试剂c为硫酸铁，用来溶解铜生成硫酸亚铁和硫酸铜，得到混合溶液Z，在溶液中加入铜除去过量硫酸铁，分离得到硫酸铜溶液和硫酸亚铁溶液Y，由已知硫酸铁溶液反推可知溶液Y为FeSO₄溶液，由CuSO₄溶液与试剂b反应生成FeSO₄溶液和固体X不难推出试剂b为Fe，固体X为铜和过量铁粉，加入稀硫酸溶解铁，过滤得到金属铜和滤液Y，在滤液Y中加入氧化剂氧化硫酸亚铁为硫酸铁，在碱性溶液这通入氯气氧化硫酸铁为高铁酸钾；
（1）试剂a要满足可以把铜单质氧化生成硫酸铜、不引入关键杂质离子（例如Fe²⁺、Fe³⁺）且不污染环境等条件，废旧电路板与试剂a反应能够生成硫酸铜溶液的有A、B、D三种试剂，但A浓硫酸与铜反应就需要加热，而且反应还会产生SO₂污染空气，B硫酸铁溶液与铜反应会产生Fe²⁺、Fe³⁺杂质离子；D选项利用过氧化氢做氧化剂在酸溶液中氧化铜生成硫酸铜，反应的离子方程式为：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O，
故答案为：D；Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；
（2）由CuSO₄溶液和溶液Y（FeSO₄溶液）可知试剂c为硫酸铁溶液，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；Fe³⁺与SCN^-反应生成红色的Fe（SCN）₃，通常用KSCN溶液来检验Fe³⁺；一定物质的量浓度溶液的配制实验用到的主要仪器就是容量瓶，KMnO₄溶液具有强氧化性，可腐蚀橡胶管，所以强氧化性及酸性溶液应加入酸式滴定管，
故答案为：容量瓶；酸式；
（3）A．O元素的化合价降低，则氧化剂是O₂，故A正确；
B．HO₂是一种弱酸，与碱反应，则在碱中不能稳定存在，故B正确；
C．O得到电子被还原，则还原产物是HO₂，故C错误；
D.1mol Cu参加反应有1mol×（1-0）=1mol电子发生转移，故D正确；
故答案为：C；
（4）洗涤剂的选择要求：要对K₂FeO₄水解能起到抑制作用的试剂，在选项中，A能让K₂FeO₄水解，B中醋酸钠水解显碱性，对K₂FeO₄水解能起到抑制作用，C和D中的铵根和三价铁离子易水解，且水解后显酸性，对K₂FeO₄水解能起到促进作用，故选B，FeCl₃净水是由于Fe³⁺生成Fe（OH）₃胶体，Fe（OH）₃胶体能吸附水中的悬浮物而达到净水目的，K₂FeO₄除与水反应生成Fe（OH）₃（胶体）之外，还具有强氧化性，可以杀菌消毒，处理水的效果更好的是K₂FeO₄，
故答案为：B；K₂FeO₄；高铁酸钾（K₂FeO₄）具有强氧化性，在净水的同时还能杀菌消毒；
（5）在碱性溶液这通入氯气氧化硫酸铁为高铁酸钾，生成K₂FeO₄的离子方程式2Fe³⁺+3Cl₂+16OH^-=2 FeO₄^2-+6Cl^-+8H₂O，
故答案为：2Fe³⁺+3Cl₂+16OH^-=2 FeO₄^2-+6Cl^-+8H₂O．

点评 本题考查铜、铁及其重要化合物、Fe³⁺检验、容量瓶滴定管的使用、净水原理、转移电子的计算、电极反应式的书写等知识，考查综合全面，熟知铜、铁单质及其离子的转化是解题关键，转移电子的计算和正极电极反应式的书写是难点，题目难度中等．