Question

13．某工厂的工业废水中含有大量的硫酸亚铁、较多的Cu²⁺和较少的Na⁺以及部分泥沙．为了减少污染并变废为宝，工厂计划从废水中回收绿矾和金属铜．请根据流程图完成实验方案．

（1）操作1的名称过滤，在实验室完成该操作所需要的实验用品有：带铁圈的铁架台、烧杯、还有漏斗、玻璃棒、滤纸等．
（2）写出加入试剂或药品的名称：试剂1铁粉，试剂2稀硫酸．
（3）滤渣1所含物质的化学式为Fe 和Cu，滤渣2所含物质的化学式为Cu，滤液1中所含离子有Fe²⁺、SO₄^2-和Na⁺．
（4）在澄清溶液中加入试剂1后发生化学反应，请写出该反应的离子方程式Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu．
（5）物质1中加入试剂2后发生化学反应，请写出该反应的化学方程式Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑．

Answer 1

分析 工业废水中含大量硫酸亚铁、Cu²⁺和少量的Na⁺，从该废水中回收硫酸亚铁和金属铜，结合流程可知，试剂1为Fe，操作I为过滤，试剂2为稀硫酸，操作2为过滤，则滤液2中含硫酸亚铁，滤渣2为Cu，滤液1中含硫酸亚铁，然后蒸发、浓缩、结晶、过滤，可得到FeSO₄.7H₂O，
（1）固体和液体分离用过滤，依据过滤装置分析选择仪器；
（2）依据分析可知试剂1为过量铁试剂2为稀硫酸；
（3）铁和铜离子完全反应得到固体为铁和铜，滤液为硫酸钠、硫酸亚铁；
（4）在澄清溶液中加入试剂1后发生化学反应是铁置换铜；
（5）物质1中加入试剂2后发生化学反应是铁溶解于稀硫酸生成硫酸亚铁和氢气．

解答 解：工业废水中含大量硫酸亚铁、Cu²⁺和少量的Na⁺，从该废水中回收硫酸亚铁和金属铜，结合流程可知，试剂1为Fe，操作I为过滤，试剂2为稀硫酸，操作2为过滤，则滤液2中含硫酸亚铁，滤渣2为Cu，滤液1中含硫酸亚铁，然后蒸发、浓缩、结晶、过滤，可得到FeSO₄.7H₂O，
（1）由上述分析可知，操作1为过滤，分离不溶性固体与液体，在实验室完成该操作所需要的实验用品有：带铁圈的铁架台、烧杯、还有漏斗、玻璃棒、滤纸，
故答案为：过滤；还有漏斗、玻璃棒、滤纸；
（2）由上述分析可知，试剂1为Fe，发生Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu，试剂2为硫酸，铁粉、铜中加入适量稀硫酸，稀硫酸和铁粉反应生成硫酸亚铁，试剂1为铁粉，试剂2 为稀硫酸，
故答案为：Fe；稀硫酸；
（3）上述分析可知加入过量试剂铁和铜离子反应，过滤得到铜和铁为滤渣1，铁粉、铜中加H₂SO₄得到FeSO₄，Cu不反应，则滤渣2为Cu，滤液1中所含离子有亚铁离子、硫酸根离子，钠离子等，所以滤渣1为 Fe 和Cu，滤渣2为 Cu，滤液1 为Fe²⁺、SO₄^2-和Na⁺．
故答案为：Fe和Cu；Cu；Fe²⁺、SO₄^2-和Na⁺；
（4）加入试剂1后发生化学反应，其离子反应为Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu，故答案为：Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu；
（5）加入试剂2后发生化学反应，其反应的化学方程式为Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，故答案为：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑．

点评 本题考查混合物分离提纯实验方案的设计，为高频考点，把握实验流程中的试剂及发生的反应、混合物分离方法为解答的关键，侧重分析与推断能力的考查，注意物质的性质、物质之间的反应，题目难度不大．