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.
| 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 |
| A. | 0.062 mol/L | B. | 0.62 mol/L | C. | 6.2mol/L | D. | 62mol/L |
| 选项 | X | Y | Z | M |
| A | O2 | CO2 | CO | C |
| B | CH3CH2OH | CH3CHO | CH3COOH | O2 |
| C | NaOH | NaHCO3 | Na2CO3 | CO2 |
| D | NH3 | NO | NO2 | O2 |
| A. | A | B. | B | C. | C | D. | D |
| 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 |