Question

【題目】某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)某廢舊合金（含有Cu、Fe、Si三種成分）進(jìn)行分離、回收。其工業(yè)流程如下：

已知：298K時(shí)，Ksp[Cu(OH)2]=2.0×10-20，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，Ksp[Mn(OH)2]=1.9×10-13，

根據(jù)上面流程回答有關(guān)問(wèn)題：

（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ一定都不含有的操作是________。

A.過(guò)濾B.洗滌C.干燥D.蒸餾

（2）過(guò)量的還原劑應(yīng)是__________________，溶液a中發(fā)生的反應(yīng)的離子方程式為________________________________。

（3）若用xmol/LKMnO4溶液處理溶液b，當(dāng)恰好將溶液中的陽(yáng)離子完全氧化時(shí)消耗KMnO4溶液ymL，則最后所得紅棕色固體C的質(zhì)量為________g(用含x、y的代數(shù)式表示)。

（4）將溶液c調(diào)節(jié)pH至2.9-3.2的目的是______________________________。

（5）常溫下，取0.2mol/L的CuCl2溶液，若要使Cu2+開(kāi)始沉淀，應(yīng)調(diào)節(jié)pH至___________。

（6）用惰性電極電解溶液e制取固體B，所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為___________________________。

Answer 1

【答案】 D Cu或銅 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ 0.4xy 保證Fe Fe3+沉淀完全而其他金屬陽(yáng)離子不沉淀 4.5 CuCl2Cu+ Cl2↑

【解析】（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都是將不溶固體與液體分離，所以都有過(guò)濾、洗滌、干燥的操作，則不可能存在蒸餾操作，蒸餾是分離互溶液體的操作，答案選D；（2）過(guò)量的氯化鐵溶液與合金中的Cu、Fe反應(yīng)生成氯化亞鐵和氯化銅，同時(shí)溶液中還存在過(guò)量的氯化鐵，根據(jù)流程圖可知固體B可由溶液e得到，所以B為Cu，則過(guò)量的還原劑是銅或Cu；溶液a中發(fā)生的離子方程式是2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+；（3）溶液b為氯化亞鐵和氯化銅的混合液，若用x mol/L KMnO4溶液處理溶液b，則高錳酸鉀與亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，亞鐵離子被氧化為鐵離子，高錳酸根離子被還原為錳離子，當(dāng)恰好將溶液中的陽(yáng)離子完全氧化時(shí)消耗KMnO4溶液ymL，根據(jù)得失電子守恒，則亞鐵離子的物質(zhì)的量是xy×10-3×5mol，生成的紅棕色固體為Fe2O3，則該固體的質(zhì)量是xy×10-3××160g/mol=0.4xyg；（4）根據(jù)沉淀的溶度積的數(shù)值，氫氧化鐵的溶度積最小，所以溶液pH調(diào)節(jié)至2.9-3.2的目的是保證Fe3+沉淀完全而其他金屬陽(yáng)離子不沉淀；（5）常溫下，取0.2mol/L的CuCl2溶液，則銅離子的濃度是0.2mol/L，若要使Cu2+開(kāi)始沉淀，則c(Cu2+)c2 (OH-)= Ksp[Cu(OH)2]，所以c(OH-)=10-9.5mol/L，則pH=4.5，所以將溶液調(diào)節(jié)至4.5時(shí)銅離子開(kāi)始沉淀；（6）溶液e中含有氯化銅，鉀離子的放電能力較銅離子弱，則用惰性電極電解氯化銅時(shí)，電解的實(shí)質(zhì)是電解溶質(zhì)氯化銅，所以反應(yīng)方程式是CuCl2Cu+Cl2↑。

點(diǎn)晴：本題考查了實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)基本操作，物質(zhì)的分離與除雜，離子方程式的書(shū)寫(xiě)，沉淀溶解平衡及電解原理，題目較難，要考慮整個(gè)流程，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)圍繞問(wèn)題根據(jù)化學(xué)原理一步步解答。本題的主要流程是這樣的：含有Cu、Fe、Si廢舊合金中的鐵與銅與過(guò)量的氯化鐵溶液發(fā)生氧化還反應(yīng)，得到固體硅和含氯化銅、氯化亞鐵和氯化鐵的混合溶液a，加入過(guò)量的還原劑銅粉，得到時(shí)氯化亞鐵和氯化銅的混合溶液b，然后向溶液中加入酸性高錳酸鉀將亞鐵離子氧化成鐵離子，得到含錳離子、鐵離子和銅離子的混合溶液中滴加氫氧化鉀調(diào)節(jié)溶液的pH使鐵離子完全沉淀，然后過(guò)濾得到氫氧化鐵固體，灼燒得到氧化鐵，溶液e電解陽(yáng)氯離子放電得到氯氣，陰極銅離子放電得到單質(zhì)銅。