题目内容

15．如图是某研究性学习小组设计的对一种废旧合金各成分（含有Cu、Fe、Si三种成分）进行分离、回收再利用的工业流程图，通过该流程可将各成分转化为其单质或化合物．

已知：298 K时，Ksp[Cu（OH）2]=2.2×10-20，Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-38
根据上面流程回答有关问题：
（1）加入过量FeCl3溶液过程中所涉及的离子方程式为2Fe3++Fe═3Fe2+、2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+．
（2）当试剂X为H2O2溶液时，该反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+2H+═2Fe3++2H2O．
（3）试剂Y可能是BD．
A．NaOH    B．CuO    C．NH3•H2O    D．Cu2（OH）2CO3
（4）调节溶液b的pH至2.9～3.2的目的是保证Fe3+沉淀完全而其他金属阳离子不沉淀．
（5）电解溶液c可以回收铜．其阳极（石墨）的电极反应可表示为2Cl--2e-═Cl2↑．
（6）溶液c还可用于制备CuCl2•2H2O，从而实现对废液的利用．
①从溶液c获得CuCl2•2H2O的具体操作是在HCl气流中蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤干燥．
②测定产品中CuCl2•2H2O的质量分数方法如下：取2.000 g产品，用水溶解后，加入60.00 mL 0.4000 mol•L-1的KI溶液（足量），充分反应后加入淀粉指示剂，用0.4000 mol•L-1 Na2S2O3标准溶液滴定，耗去此标准液25.00 mL时，刚好到达滴定终点，则此产品中CuCl2•2H2O的质量分数为85.50%．（已知：2Cu2++4I-═2CuI↓+I2，I2+2S2O32-═2I-+S4O62-）．

分析 含有Cu、Fe、Si废旧合金中的铁与铜与过量的氯化铁溶液发生氧化还反应，过滤得到固体硅和含氯化铜、氯化亚铁和氯化铁的混合溶液a，加入过量的还原剂X为铜粉，得到时氯化亚铁和氯化铜的混合溶液b，然后向溶液中加入试剂Y为酸性高锰酸钾氧化剂将亚铁离子氧化成铁离子，得到含铁离子和铜离子的混合溶液中滴加氢氧化钾调节溶液的pH使铁离子完全沉淀，然后过滤得到氢氧化铁固体，灼烧得到氧化铁，溶液c电解阳氯离子放电得到氯气，阴极铜离子放电得到单质铜，
（1）加入过量FeCl3溶液过程中发生的反应为铁和氯化铁反应生成氯化亚铁，铜和氯化铁溶液反应生成氯化亚铁和氯化铜；
（2）当试剂X为H2O2溶液时，氧化亚铁离子为铁离子；
（3）试剂Y是能和酸反应且不能引入新的杂质；
（4）因Ksp[Cu（OH）2]=2.2×10-20，Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-38，Ksp[Mn（OH）2]=1.9×10-13，溶度积常数越小，对应离子越易沉淀，所以沉淀顺序为：Fe3+＞Cu2+＞Mn2+，使氯化铁完全生成氢氧化铁；
（5）电解溶液c可以回收铜，是电解氯化铜溶液，阳极上是氯离子失电子发生氧化反应，阴极上是铜离子得到电子生成铜发生还原反应；
（6）①由于CuCl2溶液直接加热会促进Cu2+水解，所以要在HCl气流中蒸发浓缩，后冷却结晶、过滤取出晶体后洗涤干燥；
②由题目已知加入的KI溶液足量，则根据题目提供的离子方程式，可以推出反应的关系式为2Cu2+→I2→S2O32-，据此计算．

解答 解：（1）加入过量FeCl3溶液过程中发生的反应为铁和氯化铁反应生成氯化亚铁，反应的离子方程式为：2Fe3++Fe═3Fe2+；铜和氯化铁溶液反应生成氯化亚铁和氯化铜，2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+，
故答案为：2Fe3++Fe═3Fe2+、2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+；
（2）当试剂X为H2O2溶液时，该反应的离子方程式：2Fe2++H2O2+2H+═2Fe3++2H2O，
故答案为：2Fe2++H2O2+2H+═2Fe3++2H2O；
（3）由图中红棕色固体C，可知为Fe2O3，固体B通过溶液c电解得到为Cu，而分离前只加入试剂Y调节pH，则可知该试剂调节pH是没有向溶液c中引起新的离子，则调节pH的试剂应该含有Cu，所以选择BD，
故答案为：BD；
（4）由题目中提供的Ksp[Cu（OH）2]=2.2×10-20，Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-38，可以求出当Fe3+完全沉淀时，溶液的pH=3.2，而Cu2+开始沉淀时pH=4.7，所以调节pH的目的是使Fe3+完全沉淀，
故答案为：保证Fe3+沉淀完全而其他金属阳离子不沉淀；  
（5）电解溶液c可以回收铜，是电解氯化铜溶液，阳极上是氯离子失电子发生氧化反应，阴极上是铜离子得到电子生成铜发生还原反应，阳极上电极反应为：2Cl--2e-═Cl2↑，
故答案为：2Cl--2e-═Cl2↑；
（6）①由于CuCl2溶液直接加热会促进Cu2+水解，所以要在HCl气流中蒸发浓缩，后冷却结晶、过滤取出晶体后洗涤干燥，可以得到较纯净的CuCl2•2H2O，
故答案为：冷却结晶、过滤；洗涤干燥；
②由题目已知加入的KI溶液足量，则根据题目提供的离子方程式，可以推出反应的关系式为2Cu2+→I2→S2O32-，计算S2O32-的物质的量为0.4000 mol•L-1×0.025 L=0.01 mol，则CuCl2•2H2O的物质的量为0.01 mol，则质量为1.71 g，可以求出CuCl2•2H2O的质量分数为$\frac{1.71g}{2.00g}$×100%=85.50%，
故答案为：85.50%．

点评 本题考查了物质分离的过程分析，物质制备的原理，除杂试剂的选择，掌握基础是解题的关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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5．铁合金厂废气主要来源于矿热电炉、精炼电炉、焙烧回转窑和多层机械焙烧炉．铁合金厂废气排放量大，含尘浓度高，废气中含有Fe2O3、Fe3O4、MnO2焦炭颗粒等烟尘成分，还含有高达4000-7000mL/m3的SO2气体，其回收利用价值较高．某国际知名的EZJSY•TJW实验室提出如图回收流程：

回答下列问题：
（1）若流程中某装置是一恒温恒容容器，则在催化剂条件下可发生反应：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）．若起始通入2molSO2和1molO2在此条件下达到平衡．那么下列哪种投料方法会达到此条件下的等效平衡AD
A、2molSO3　　　　　 　　　　B、2molSO2、1molO2和2molSO3
C、4molSO2和2molO2　　 　  D、1molSO2、0.5molO2和1molSO2
（2）在本流程中，某装置实际上是一个燃料电池装置，电解质溶液为稀硫酸．试写出该反应中负极的电极反应式：SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+．
（3）物质X为双氧水（填名称）
（4）假设溶液A中溶质浓度为1mol/L，若要使Fe3+不产生沉淀，需控制溶液的pH＜2.6（已知Ksp[Fe（OH）3]=1.28×10-34mol4•L-4，lg2=0.3）
（5）由溶液A得到Fe2（SO4）3粉末需要进行的操作是蒸发浓缩、冷却结晶．
（6）若向溶液A中加入Na2CO3溶液，反应的离子方程式为：2Fe3++3CO32-+3H2O=2Fe（OH）3↓+3CO2↑．
6．A元素的原子最外层电子是次外层电子的三倍，B元素位于A元素的下一周期，且在该周期元素中原子半径最大（除希有气体外），则A是O，B是Na．请写出一个A与B反应的化学方程式4Na+O2=2Na2O．
3．NA表示阿伏加德罗常数值．下列说法正确的是（　　）
A．1 mol K2O2中含有的阴、阳离子总数是4NA
B．0.2molO3与6.72LO2均含有0.6NA个氧原子
C．常温常压下，22g  P4O6与P4O10的混合物中含有氧原子的数目为0.6NA
D．10gD216O所含的中子数为5NA
10．50mL H2SO4的质量分数为49%、密度为1.24g/cm3的硫酸中，H2SO4的物质的量浓度为（　　）
A．0.062 mol/LB．0.62 mol/LC．6.2mol/LD．62mol/L
20．下列各组物质之间不可能实现如图所示转化的是（　　）

选项XYZM
AO2CO2COC
BCH3CH2OHCH3CHOCH3COOHO2
CNaOHNaHCO3Na2CO3CO2
DNH3NONO2O2
A．AB．BC．CD．D
7．人体内葡萄糖生理氧化生成CO2和H2O，已知每1mol葡萄糖完全氧化成CO2和H2O将释放2 800.6kJ热量，若某人每天消耗12 540kJ的能量，假设这些能量全部由葡萄糖提供，则他每天至少需食用多少克葡萄糖？
4．燃料电池是利用燃料（如H2、CO、CH4等）跟氧气反应从而将化学能转化成电能的装置．下列关于甲烷燃料电池（NaOH溶液作电解质溶液）的说法中正确的是（　　）
A．负极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-
B．放电时正极发生氧化反应，外电路中电子从正极流向负极
C．负极反应为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
D．随着放电的进行，溶液的pH增大
5．小明按图装好了实验装置（两胶头滴管中的过氧化氢溶液体积相等，浓度分别为5%和10%），实验时，同时完全捏扁两滴管的胶头，并观察实验现象．
（1）小明的实验目的是：比较相同催化剂的作用下，不同浓度、同体积过氧化氢溶液分解反应速率的大小或研宄浓度对化学反应速度的影响．
（2）装置中长玻璃导管的作用是：相同的液体体积变化在细长的玻璃导管中造成的液面高度变化大，便于观察；红墨水的作用是使导管中的液柱呈现红色，便于观察导管中液面高度的变化．
（3）你估计两根玻璃导管中的实验现象是两装置中导管内的液面均上升，装置B中导管内液面的上升速度比装置A的快；理由是其他条件相同时，浓度大的过氧化氢溶液分解速率快，单位时间内产生的气体多，压上的液柱高度增高．

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