题目内容

1．从某废液（含有Fe2+、Cu2+、Cl-）中回收铜并制得纯净的FeCl3溶液．现以制得纯净的FeCl3溶液为原料制取优良的水处理剂高铁酸钾（K2FeO4），其流程如图：

已知：高锰酸钾（K2FeO4）位暗紫色固体，可溶于水．在中性或酸性溶液中逐渐分解，在碱性溶液中稳定．高锰酸钾具有强氧化性．高锰酸钾（K2FeO4）与水作用产生Fe（OH）3．
（1）检验废液中含有Fe2+选用的试剂是KMnO4（填化学式）；从废液中制得纯净的FeCl3溶液加入的试剂除铁粉外，还需要一种试剂是Cl2（填化学式），加入时发生反应的离子方程式为2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-．
（2）高锰酸钾（K2FeO4）在处理水过程中的作用是杀菌消毒和净水．
（3）“氧化”过程反应的离子方程式为2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O．
（4）过滤时需用的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯和漏斗，上述工艺得到的高锰酸钾常含有杂志，可用重结晶法提纯，操作是：将粗产品用饱和KOH溶液溶解，然后加热浓缩、冷却结晶、过滤．
（5）用回收的铜为原料可制得粗制CuSO4•5H2O晶体（含有少量的FeSO4•7H2O），除去CuSO4•5H2O晶体中杂志的方法是：向溶液中加入H2O2，再调解溶液PH，过滤即可制得纯净的CuSO4溶液，进而制得纯净CuSO4•5H2O的晶体．
已知：室温时一些物质的Kaq如表：
化学式Fe（OH）3Fe（OH）2Cu（OH）2
Kaq8.0×10-168.0×10-188.0×10-20
已知溶液中的离子浓度小于1×10-6mol•L-1时就认定沉淀完全．
加双氧水的目的是将亚铁离子氧化成铁离子；若溶液中CuSO4的浓度为3.0mol•L-1，通过计算说明此方法可除去粗制CuSO4•5H2O晶体中FeSO4•7H2O的理由通常认为溶液中的离子浓度小于1×10-6mol•L-1时就认定沉淀完全，设溶液中CuSO4的浓度为3.0mol•L-1，则Cu（OH）2开始沉淀时的PH为4，Fe3+完全沉淀时溶液的PH为3.3，通过计算确定上述方案可行．

分析 由流程图可知，氯化铁溶液、次氯酸钠溶液和氢氧化钠溶液混合发生氧化还原反应2FeCl3+10NaOH+3NaClO=2Na2FeO4+9NaCl+5H2O，生成高铁酸钠、氯化钠和水，加入40%的氢氧化钠溶液除杂，过滤得到氯化钠固体和滤液，滤液中加入氢氧化钾溶液实现高铁酸钠转化为高铁酸钾沉淀，Na2FeO4+2KOH=K2FeO4+2NaOH，冷却结晶过滤得到高铁酸钾固体，上述工艺得到的高铁酸钾常含有杂质，可用重结晶法提纯．
（1）亚铁离子具有还原性，高锰酸根离子具有氧化性，两者反应，Mn元素的化合价由+7价降低为+2价，Fe元素的化合价由+2价升高为+3价，所以可选择高锰酸钾检验亚铁离子，亚铁离子的溶液，通入氯气得到三氯化铁溶液，从废液中可制得纯净的FeCl3溶液；
（2）K2FeO4中铁元素化合价为+6价，具有强氧化性，可以杀菌消毒，被还原剂还原为铁离子，铁离子水解生成氢氧化铁胶体，可以吸附悬浮杂质起到净水的主要作用；
（3）反应中NaClO是氧化剂，还原产物是NaCl，根据元素守恒，可知反应式中需要补充NaCl和H2O．根据化合价升降法配平离子方程式；
（4）过滤需要烧杯、漏斗、玻璃棒，以此来解答；由题目信息可知，K2FeO4可溶于水，在中性或酸性溶液中能分解，在碱性溶液中稳定，在分离提提纯的时候就要在碱性环境中进行，要防止引入新杂质，所以需要将K2FeO4粗产品在稀KOH溶液中溶解，然后加入饱和KOH溶液，冷却结晶；
（5）加入双氧水的目的为氧化亚铁离子，根据表中三种物质的KSP分别计算Cu（OH）2开始沉淀时的PH、Fe3+完全沉淀时溶液的PH，通过计算确定若溶液中CuSO4的浓度为3.0mol•L-1，此方法可除去粗制CuSO4•5H2O晶体中FeSO4•7H2O．

解答 解：（1）亚铁离子具有还原性，高锰酸根离子具有氧化性，两者反应，反应的离子反应为MnO4-+5Fe2++8H+═Mn2++5Fe3++4H2O，高锰酸钾溶液褪色，所以可选择KMnO4溶液检验废液中含有Fe2+，从废液中制得纯净的FeCl3溶液加入的试剂除铁粉外，还需要通入氯气氧化亚铁离子，反应的方程式为：2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-，
故答案为：KMnO4；2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；
（2）K2FeO4中铁元素化合价为+6价，具有强氧化性，可以杀菌消毒，被还原剂还原为铁离子，铁离子水解生成氢氧化铁胶体，反应的离子方程式为：Fe3++3H2O?Fe（OH）3（胶体）+3H+，可以吸附悬浮杂质起到净水的主要作用，
故答案为：杀菌消毒；净水；
（3）反应中NaClO是氧化剂，氧化产物是Na2FeO4，反应中FeCl3→Na2FeO4，铁元素化合价由+3价升高为+6价，化合价总升高3价，NaClO→NaCl，氯元素化合价由+1降低为-1价，化合价总共降低2价，化合价升降最小公倍数为6，故FeCl3系数为2，NaClO系数为3，由铁元素守恒可知Na2FeO4系数为2，由氯元素守恒可知NaCl系数为2×3+3=9，由氢元素守恒可知H2O系数为5，配平方程式为2FeCl3+10NaOH+3NaClO=2Na2FeO4+9NaCl+5H2O，根据电荷守恒可得2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O，
故答案为：2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O；
（4）过滤分离溶液与不溶性固体，在铁架台上放漏斗，漏斗下方为烧杯，然后利用玻璃棒引流，进行过滤操作，所以需用的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯和漏斗，由题目信息可知，K2FeO4可溶于水，在中性或酸性溶液中能分解，在碱性溶液中稳定，在分离提提纯的时候就要在碱性环境中进行，要防止引入新杂质，所以需要将K2FeO4粗产品在稀KOH溶液中溶解，然后加入饱和KOH溶液，然后加热浓缩、冷却结晶、过滤，
故答案为：漏斗；饱和KOH溶液；加热浓缩、冷却结晶、过滤；
（5）根据表中三种物质的KSP计算得出：KSP[Fe（OH）2]=c（OH- ）2×c（Fe2+），Fe2+沉淀完全时的C（OH-）=$\sqrt{\frac{8×1{0}^{-18}}{1×1{0}^{-6}}}$=$\sqrt{8}$×10-6mol/L，对应溶液的PH=14+lgC（OH-），KSP[Fe（OH）3]=c（OH- ）3×c（Fe3+），Fe3+完全沉淀时C（OH-）=$\root{3}{\frac{8×1{0}^{-16}}{1×1{0}^{-6}}}$=2×$\root{3}{1{0}^{-10}}$mol/L，对应溶液的PH=14+lgC（OH-）≈4，KSP[Cu（OH）2]=c（OH- ）2×c（Cu2+），Cu2+开始沉淀时的C（OH-）=$\sqrt{\frac{3×1{0}^{-20}}{3.0}}$=1×10-10mol/L，对应溶液的PH=14+lgC（OH-）=4，Cu2+完全沉淀时的C（OH-）=$\sqrt{\frac{3×1{0}^{-20}}{1×1{0}^{-6}}}$=$\sqrt{3}$×10-7mol/L，对应溶液的PH=14+lgC（OH-）=7-$\sqrt{3}$，因此需将亚铁离子转化为铁离子，而铁离子沉淀完全时，铜离子未开始沉淀，加入双氧水的目的是将亚铁离子氧化为铁离子，将铁离子完全沉淀的PH为3.3，而铜离子开始沉淀的PH为4.0，因此可用该方法除去粗制CuSO4•5H2O晶体中FeSO4•7H2O，
故答案为：通常认为溶液中的离子浓度小于1×10-6mol•L-1时就认定沉淀完全，设溶液中CuSO4的浓度为3.0mol•L-1，则Cu（OH）2开始沉淀时的PH为4，Fe3+完全沉淀时溶液的PH为3.3，通过计算确定上述方案可行．

点评 本题主要考查化学工艺流程分析，涉及方程式的书写、基本的实验操作、沉淀溶解平衡的计算、阅读题目获取信息能力等，需要学生具备综合运用知识及题目信息分析问题、解决问题能力．对于这类题目，需要搞清楚每一步反应物、生成物，清楚工艺流程原理，题目难度中等．

练习册系列答案
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4．现有四组液体：①氯化钠溶液和四氯化碳组成的混合液 ②乙醇水溶液 ③氯化钠和单质溴的水溶液 ④碳酸钙和氯化钙溶液，分离以上各混合液的正确方法依次是（　　）
A．分液、萃取、蒸馏、蒸发B．萃取、蒸馏、分液、过滤
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12．下列实验操作或说法正确的是（　　）
A．用玻璃棒蘸取CH3COOH溶液点在用水湿润的pH试纸上，测定该溶液的pH
B．做蒸馏实验时，在蒸馏烧瓶中应加入沸石，以防暴沸．如果在沸腾前忘记加沸石，应立即停止加热，冷却后补加
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D．用如图装置乙加热分解NaHCO3固体
9．在3个2L的密闭容器中，在相同的温度下、使用相同的催化剂分别进行反应：3H2（g）+N2（g） $\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH3（g）．按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时有关数据如表：
容器甲乙丙
反应物的投入量3molH2、2molN26molH2、4molN22molNH3
平衡时N2的浓度/mol•L-1c11.5 
NH3的体积分数 ω2ω3
混合气体的密度/g•L-1ρ1 ρ3
下列说法正确的是（　　）
A．2c1＜1.5
B．ρ1=ρ3
C．ω2=2ω3
D．在该温度下甲容器中反应的平衡常数K=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}（3c-1.5）^{3}}$
16．有机物C5H11OH为饱和一元醇，其可能的结构共有（　　）
A．3种B．5种C．8种D．9种
6．已知：醇的命名中羟基必须连在主链碳上．对于化学式为C5H12O2的二元醇，其主链为4个碳原子且羟基不连在同一个碳原子上的同分异构体有（不含立体异构）（　　）
A．3种B．4种C．5种D．6种
13．下列关于有机物因果关系的叙述中，完全正确的一组是（　　）
选项原因结论
A乙烯和苯都能使溴水褪色苯分子和乙烯分子含有相同的碳碳双键
B乙酸分子中含有羧基可与NaHCO3溶液反应生成CO2
C纤维素和淀粉的化学式均为（C6H10O5）n它们属于同分异构体
D乙酸乙酯和乙烯在一定条件下都能与水反应二者属于同一反应类型
A．AB．BC．CD．D
10．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g），其化学平衡常数K和温度t的关系如表：
t℃70080083010001200
K0.60.91.01.72.6
回答下列问题：
（1）该反应为吸热反应（选填“吸热”、“放热”）．
（2）830℃时，容器中的反应已达到平衡．在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积．平衡不移动（选填“向正反应方向”、“向逆反应方向”、“不”）．
（3）若 830℃时，向1L密闭容器中充入1mol CO、1mol H2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K等于1.0（选填“大于”、“小于”、“等于”），平衡时，CO的浓度是0.5mol/L
（4）若1200℃时，在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol•L-1、2mol•L-1、4mol•L-1、4mol•L-1，则此时上述反应的平衡移动方向为逆反应方向 （选填“正反应方向”、“逆反应方向”、“不移动”）
11．1mol/L的CaCl2溶液0.5L，Cl-离子的物质的量浓度为2mol/L．

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