Question

印刷电路的废腐蚀液含有大量CuC1₂、FeC1₂和FeC1₃，任意排放将导致环境污染及资源的浪费．可从该废液中回收铜，并将铁的化合物全部转化为FeCl₃溶液，作为腐蚀液原料循环使用．测得某废腐蚀液中含CuCl₂ 1.5mol/L、FeCl₂ 3.0mol/L、FeCl₃ 1.0mol/L、HCl 3.0mol/L．取废腐蚀液200mL按如下流程在实验室进行实验：

回答下列问题：
（1）上述方法获得的铜粉中含有杂质，除杂质所需试剂是______（填化学式）．
（2）实验室可用固体KClO₃与浓HCl反应制备Cl₂，此反应中Cl₂既是氧化产物，又是还原产物．反应的化学方程式为______．
（3）如图是实验室制备Cl₂并通入FeCl₂溶液中获得FeCl₃溶液的部分装置．
从图中挑选所需的仪器，完成上述装置简图（添加必要的塞子、玻璃导管、胶皮管．固定装置不用画），并标明容器中所装试剂．

（4）实验中，必需控制氯气的速度，使导管口逸出的气泡每秒1～2个，以便被FeCl₂溶液完全吸收．控制生成氯气速率的操作是：______．
（5）按上述流程操作，需称取Fe粉的质量应不少于______g（精确到0.1g），需通入Cl₂的物质的量不少于______mol，加入烧瓶中的KClO₃的质量应不少于______g（精确到0.1g）．

Answer 1

解：（1）获得的铜粉中含有杂质铁，加入盐酸可以除去，故答案为：HCl；
（2）实验室制备氯气用固体KClO₃与浓HCl反应制备Cl₂，反应的化学方程式为：KClO₃+6HClKCl+3Cl₂↑+3H₂O，
故答案为：KClO₃+6HClKCl+3Cl₂↑+3H₂O；
（3）制备Cl₂并通入FeCl₂溶液中获得FeCl₃溶液的部分装置需要把氯气通入氯化亚铁溶液中发生反应生成氯化铁，氯气有毒需要尾气吸收，据此设计选择装置为：，故答案为：；
（4）控制生成氯气速率的操作是缓慢旋转分液漏斗的活塞，调节浓盐酸滴下的速度，
故答案为：缓慢旋转分液漏斗的活塞，调节浓盐酸滴下的速度；
（5）废腐蚀液中含CuCl₂ 1.5mol/L、FeCl₂ 3.0mol/L、FeCl₃ 1.0mol/L、HCl 3.0mol/L．取废腐蚀液200mL，n（CuCl₂）=1.5×0.2=0.3mol；n（FeCl₃）=1.0×0.2=0.2mol；n（HCl）=3.0×0.2=0.6mol；n（FeCl₂）=3.0×0.2=0.6mol；铁反应的过程为：
2FeCl₃+Fe=3FeCl₂，

2 1 3

0.2 0.1 0.3
Fe+CuCl₂=Cu+FeCl₂，

1 1 1
0.3 0.3 0.3

Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑；

1 2 1

0.3 0.6 0.3

共消耗铁物质的量最少为0.1+0.3+0.3=0.7mol；
质量为0.7mol×56g/mol=39.2g；

需要通入氯气发生的反应是隐含氯化亚铁，氯化亚铁物质的量=0.6mol+0.3mol+0.3mol+0.3mol=1.5mol：

2FeCl₂+Cl₂=2FeCl₃，

2 1

1.5 0.75

所以最少需要氯气物质的量为0.75mol；

加入烧瓶中的KClO₃的质量依据化学方程式计算得到
KClO₃+6HClKCl+3Cl₂↑+3H₂O

1 3

0.25 0.75

加入烧瓶中的KClO₃的质量最少=0.25mol×122.5g/mol=30.6g，

故答案为：39.2；0.75；30.6．
分析：（1）分析流程可知铜中含有铁，可以加入盐酸或稀硫酸等除去；
（2）实验室制备氯气利用氯酸钾和浓盐酸反应生成氯化钾、氯气和水；
（3）氯气通入氯化亚铁溶液反应，剩余的氯气不能排放空气中 需要尾气吸收装置；
（4）控制反应速率需要控制反应物的量控制反应速率；
（5）依据废液中各物质的物质的量结合反应的过程分析判断，铁粉和氯化铜、氯化铁、盐酸反应；溶液中的氯化亚铁被氯气氧化需要氯气的物质的量；依据制氯气的化学方程式计算需要的氯酸钾质量．
点评：本题考查了物质制备的实验方案设计和实验过程分析，物质性质的熟练掌握是解题关键，物质间的反应，化学方程式的计算是解题关键，题目难度中等．