题目内容
【题目】工业生产需要大量原料,消耗大量能源,在得到所需产品同时产生了大量废气、废水、废渣。某工厂排放的废水中含有Cu2+、Fe2+、Hg2+、H+等离子,某化学小组为了充分利用资源和保护环境,准备回收废水中的铜和汞,同时得到绿矾。他们设计了如下实验方案:
(1)现有仪器:酒精灯、玻璃棒、坩埚、蒸发皿、蒸馏烧瓶、烧杯、铁架台等,完成步骤Ⅳ的实验操作还需要选择的玻璃仪器是__________设计简单实验检验绿矾是否变质,简述你的操作:__________。
(2)步骤Ⅰ中加入过量铁粉的目的是__________,步骤Ⅱ中__________(填“能”或“不能”)用盐酸代替硫酸。
(3)步骤V利用氧化铜制取铜有如下四种方案:
方案甲:利用氢气还原氧化铜;
方案乙:利用一氧化碳还原氧化铜;
方案丙:利用炭粉还原氧化铜;
方案丁:先将氧化铜溶于稀硫酸,然后加入过量的铁粉、过滤,再将滤渣溶于过量的稀硫酸,再过滤、洗涤、烘干。
从安全角度考虑,方案__________不好;从产品纯度考虑,方案__________不好。
(4)写出步骤Ⅱ中涉及反应的离子方程式:__________;步骤Ⅳ得到绿矾的操作蒸发浓缩__________、__________。
【答案】 漏斗 取产品少量溶于水,加入KSCN溶液,如溶液变血红色,则产品变质 将Cu2+ Hg2+全部置换出来 不能 甲 乙 丙 Fe+2H+=Fe2+ +H2↑ 冷却结晶 过滤
【解析】通过流程可知步骤Ⅳ是从溶液中得到绿矾晶体,应为蒸发结晶和过滤操作,由此可确定仪器的选择;亚铁盐变质会被氧化成三价铁离子,故检验变质即检验三价铁离子即可;酸的选择要考虑最终的目标产物,选取的原则是不要引入杂质离子。可燃性气体作为还原剂在加热的过程中会有爆炸的可能性,而固体还原剂一般不易控制量会引入杂质;一种反应物过量的目的往往是为了使另一种反应物充分反应。 加入铁粉可将不如铁活泼的金属置换出来,得到亚铁盐和不活泼的金属;再在滤渣中加入硫酸可将过量的铁反应掉,剩下的固体中为铜和汞,通过灼烧可分离出汞,然后将氧化铜还原成铜单质。
(1)滤液中硫酸亚铁的浓度较低,先蒸发水到热饱和溶液,然后降温结晶,最后过滤得到硫酸亚铁晶体,过滤还需要漏斗,蒸发结晶还需要坩埚;绿矾变质生成+3价铁,检验Fe3+用硫氰化钾溶液,即取少量晶体溶于水,滴加硫氰化钾溶液,若溶液变红色,说明绿矾已变质。答案:漏斗;取产品少量溶于水,加入KSCN溶液,如溶液变血红色,则产品变质。
(2)加入过量的铁粉,将铜离子和汞离子全部转化成相应单质得到铜和汞;若用稀盐酸代替稀硫酸,制得的绿矾中会混有氯化亚铁杂质;所以不能用稀盐酸代替稀硫酸。答案:将Cu2+ Hg2+全部置换出来;不能。
(3)氢气和一氧化碳易燃烧,且一氧化碳有毒,用二者还原氧化铜存在不安全因素,即易发生爆炸,所以从安全方面考虑甲、乙不好;用炭粉还原氧化铜,所得铜中易混有炭粉,即从纯度方面考虑,丙不好。答案:甲 乙;丙。
(4)根据框图知滤渣成分为的为Cu、Fe、Hg步骤II加入稀硫酸只有Fe能与酸反应,所以反应的离子方程式分别为2H++Fe=Fe2++H2↑。步骤Ⅳ是由硫酸亚铁溶液得到绿矾的操作,需要经过蒸发浓缩,冷却结晶和过滤即可。答案:2H++Fe=Fe2++H2↑;冷却结晶;过滤。