Question

20．某工厂的工业废水中含有大量的FeSO₄，较多的CuSO₄和少量Na₂SO₄．为了减少污染并变废为宝，工厂计划从该废水中回收硫酸亚铁和金属铜．请根据下列流程图，完成回收硫酸亚铁和铜的实验方案．（可供选择的试剂为铁粉、稀H₂SO₄、NaOH溶液等试剂）

（1）操作Ⅰ的名称为过滤，所需要的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯；
（2）固体A的成分为Fe、Cu，溶液B中含有的离子有Fe²⁺、Na⁺、SO₄^2-
（3）加入试剂C的目的是将Cu²⁺全部转化为Cu，以便回收铜单质，发生的化学方程式为Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu；
（4）加入的试剂D为稀硫酸，发生的离子方程式为2H⁺+Fe=Fe²⁺+H₂↑；
（5）操作Ⅲ为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．

Answer 1

分析 先向工业废水中加过量铁，将铜全部置换出来，过滤得到固体A，其成分是铜和过量的铁，溶液B中含FeSO₄和少量Na₂SO₄；向固体A中加入过量稀H₂SO₄，只有铁溶解，过滤得到固体E（铜），实现了回收金属铜，溶液F含FeSO₄、H₂SO₄；最后溶液B和F合一块，进行蒸发，浓缩，冷却结晶，过滤，就得到FeSO₄•7H₂O，回收硫酸亚铁，以此解答该题．
（1）操作Ⅰ为过滤，用于分离固体和液体，用到的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯；
（2）加入过量的铁，铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，过滤得到固体A，其成分是铜和过量的铁，溶液B中含FeSO₄和少量Na₂SO₄；
（3）加过量铁，将Cu²⁺全部转化为Cu，以便回收铜单质；
（4）固体A的成分是铜和过量的铁，向固体A中加入过量D为稀H₂SO₄，目的是将铁溶解，把铜和铁分开；
（5）从溶液B和溶液F中得到FeSO₄.7H₂O晶体的操作为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．

解答 解：先向工业废水中加过量铁，将铜全部置换出来，过滤得到固体A，其成分是铜和过量的铁，溶液B中含FeSO₄和少量Na₂SO₄；向固体A中加入过量稀H₂SO₄，只有铁溶解，过滤得到固体E（铜），实现了回收金属铜，溶液F含FeSO₄、H₂SO₄；最后溶液B和F合一块，进行蒸发，浓缩，冷却结晶，过滤，就得到FeSO₄•7H₂O，回收硫酸亚铁，
（1）操作Ⅰ为过滤，用于分离固体和液体，用到的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯，
故答案为：过滤；漏斗、玻璃棒、烧杯； 
（2）加入过量的铁，铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，过滤得到固体A，其成分是铜和过量的铁，溶液B中含FeSO₄和少量Na₂SO₄，则溶液B中含有的离子有：Fe²⁺、Na⁺、SO₄^2-，
故答案为：Fe、Cu；Fe²⁺、Na⁺、SO₄^2-；
（3）加过量铁，将Cu²⁺全部转化为Cu，以便回收铜单质，发生的化学方程式为：Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu，
故答案为：将Cu²⁺全部转化为Cu，以便回收铜单质；Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu；
（4）固体A的成分是铜和过量的铁，向固体A中加入过量D为稀H₂SO₄，目的是将铁溶解，把铜和铁分开，发生反应的离子方程式为：2H⁺+Fe=Fe²⁺+H₂↑，
故答案为：稀硫酸；2H⁺+Fe=Fe²⁺+H₂↑；
（5）从溶液B和溶液F中得到FeSO₄.7H₂O晶体的操作为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．

点评 本题考查了无机物推断及物质的分离、提纯，为高频考点，侧重于学生的分析、实验能力的考查，根据物质的性质、物质之间的反应来分析解答，难度不大，解答本题时要注意混合物的分离要考虑为彻底分开而加入过量试剂．