Question

7．甲、乙兩個研究性學(xué)習(xí)小組擬從實驗室含碘廢液中回收碘．制訂兩種方案提取，他們的實驗方案如下：
（甲小組實施的為方案一，乙小組實施的為方案二）

I．CuI在酸性介質(zhì)中采用FeCl₃氧化成即可生成單質(zhì)碘．請寫出上述化學(xué)反應(yīng)方程式2CuI+4Fe³⁺═4Fe²⁺+2Cu²⁺+I₂↓．
Ⅱ．蒸餾時用到的玻璃儀器，除接受器、錐形瓶、酒精燈外，還缺少的玻璃儀器有蒸餾燒瓶、冷凝器、溫度計．
Ⅲ．甲小組為測定含碘廢水中碘的含量．進行了以下實驗操作：
A．各取1000g實驗室廢水，進行以上操作后，將所得KI晶體溶于適量水中配置成100mL溶液；
B．取KI溶液20mL于錐形瓶中；
C．用稀硫酸酸化所得KI溶液，加入足量KIO₃溶液，使KIO₃與KI反應(yīng)完全；
D．以淀粉為指示劑，逐滴加入物質(zhì)的量濃度為0.3mol•L^-1的Na₂S₂O₃溶液20.0mL，恰好反應(yīng)完全．
已知：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-；
（1）請寫出步驟 C 中的離子反應(yīng)方程式．5I^-+IO₃^-+6H⁺=3I₂↓+3H₂O
（2）該廢液中碘的質(zhì)量分數(shù)為0.32%．
Ⅳ．（1）步驟③中的操作名稱為過濾，通過該步操作還得到另一黑色固體物質(zhì)．
（2）乙小組同學(xué)針對該黑色物質(zhì)的成分，進行了如下步驟進行定性分析：

步驟	操作	現(xiàn)象
一	取黑色物質(zhì)于燒杯中，加適量水進行洗滌、干燥	黑色物質(zhì)未溶解
二	取適量固體于稀硫酸中進行充分溶解	無氣體生成
三	移取少量步驟二溶液于試管A中，并滴加硫氰化鉀溶液	溶液為血紅色
四	移取少量步驟二溶液于試管B中，滴加酸性KMnO4溶液	酸性KMnO4溶液褪色

①在進行步驟四前是否要滴加指示劑？否（填“是”或“否”），請說明理由KMnO₄溶液自身可作指示劑．
②通過以上步驟進行分析，該黑色物質(zhì)可能為Fe₃O₄．

Answer 1

分析 方案一：含碘廢水中加入硫酸銅、亞硫酸鉀溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CuI、硫酸鉀，然后過濾得到CuI，向 CuI沉淀中加入濃硝酸，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化氮、硝酸銅和碘，萃取得到碘，向碘中加入Fe，發(fā)生反應(yīng)生成Fe₃I₈，向Fe₃I₈中加入碳酸鉀溶液生成KI，將KI溶液蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶得到KI晶體；
方案二：向含碘廢水中加入過氧化氫溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成碘和水，向碘溶液中加入四氯化碳萃取、蒸餾得到碘和四氯化碳；
I．酸性條件下，CuI和FeCl₃發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成亞鐵離子、銅離子和碘；
Ⅱ．蒸餾時用到的玻璃儀器，除接受器、錐形瓶、酒精燈外，還缺少的玻璃儀器有蒸餾燒瓶、冷凝器、溫度計；
Ⅲ．（1）酸性條件下，碘離子和碘酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成碘和水；
（2）根據(jù)5I^-+IO₃^-+6H⁺=3I₂↓+3H₂O、I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-得，
5I^-～3I₂～6S₂O₃^2-，根據(jù)碘離子和硫代硫酸根離子之間的關(guān)系式計算碘的質(zhì)量分數(shù)；
Ⅳ．（1）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法；
（2）根據(jù)元素守恒知，黑色固體中含有Fe元素，該黑色物質(zhì)不溶于水，能和酸反應(yīng)且沒有氣體生成，應(yīng)該屬于堿性氧化物，將二中得到的溶液加入KSCN溶液后溶液變?yōu)檠�紅色，說明含有鐵離子；將二中得到的溶液加入酸性高錳酸鉀溶液，酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明含有亞鐵離子．

解答 解：方案一：含碘廢水中加入硫酸銅、亞硫酸鉀溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CuI、硫酸鉀，然后過濾得到CuI，向 CuI沉淀中加入濃硝酸，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化氮、硝酸銅和碘，萃取得到碘，向碘中加入Fe，發(fā)生反應(yīng)生成Fe₃I₈，向Fe₃I₈中加入碳酸鉀溶液生成KI，將KI溶液蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶得到KI晶體；
方案二：向含碘廢水中加入過氧化氫溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成碘和水，向碘溶液中加入四氯化碳萃取、蒸餾得到碘和四氯化碳；
I．酸性條件下，CuI和FeCl₃發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成亞鐵離子、銅離子和碘，離子方程式為2CuI+4Fe³⁺═4Fe²⁺+2Cu²⁺+I₂↓，
故答案為：2CuI+4Fe³⁺═4Fe²⁺+2Cu²⁺+I₂↓；
Ⅱ．蒸餾時用到的玻璃儀器，除接受器、錐形瓶、酒精燈外，還缺少的玻璃儀器有蒸餾燒瓶、冷凝器、溫度計，故答案為：蒸餾燒瓶、冷凝器和溫度計；
Ⅲ．（1）酸性條件下，碘離子和碘酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成碘和水，離子方程式為5I^-+IO₃^-+6H⁺=3I₂↓+3H₂O，
故答案為：5I^-+IO₃^-+6H⁺=3I₂↓+3H₂O；
（2）根據(jù)5I^-+IO₃^-+6H⁺=3I₂↓+3H₂O、I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-得，
5I^-～3I₂～6S₂O₃^2-，
設(shè)配制的KI溶液物質(zhì)的量濃度為c，
5I^-～3I₂～6S₂O₃^2-，
5         6
0.02cmol  0.3mol/L×0.02L
5：6=0.02cmol：（0.3mol/L×0.02L）
c=$\frac{0.3mol/L×0.02L×5}{6×0.02mol}$=0.25
廢水中碘的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{0.25mol/L×0.1L×127g/mol}{1000g}$×100%=0.32%，
故答案為：0.32%；
Ⅳ．（1）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法，該操作名稱是過濾，故答案為：過濾；
（2）根據(jù)元素守恒知，黑色固體中含有Fe元素，該黑色物質(zhì)不溶于水，能和酸反應(yīng)且沒有氣體生成，應(yīng)該屬于堿性氧化物，將二中得到的溶液加入KSCN溶液后溶液變?yōu)檠�紅色，說明含有鐵離子；將二中得到的溶液加入酸性高錳酸鉀溶液，酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明含有亞鐵離子
①高錳酸鉀為紫色溶液，本身有顏色，不需要外加指示劑，
故答案為：否；KMnO₄溶液自身可作指示劑；
②通過以上分析知，該黑色固體中含有Fe、O元素且含有+2價、+3價Fe元素，所以為Fe₃O₄，故答案為：Fe₃O₄．

點評 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點，涉及物質(zhì)成分判斷、化學(xué)方程式的計算、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)分離和提純方法的選取、儀器選取等知識點，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及實驗操作能力，明確物質(zhì)性質(zhì)及物質(zhì)分離提純方法是解本題關(guān)鍵，知道亞鐵離子、鐵離子檢驗方法，題目難度中等．