Question

15．经检测某工厂的酸性废水中所含离子及其浓度如下表所示：

离子	Fe3+	Cu2+	SO42-	Na+	H+
浓度/（mol/L）	2×10-3	1×10-3	1×10-2	2×10-3

（1）c（H⁺）=0.01mol/L．
（2）为了减少污染并变废为宝，工程师们设计了如下流程，回收铜和绿矾（FeSO₄•7H₂O）．

①工业废水中加入铁粉后，反应的离子方程式为：Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu、Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺、Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
②试剂B是H₂SO₄．
③操作③是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，最后用少量冷水洗涤晶体，在低温下干燥．
④通过检验溶液D中Fe³⁺来判断废水中Fe³⁺是否除尽，实验方法是取少量D中溶液于试管中，滴加1滴KSCN溶液，不出现红色，说明废水中Fe³⁺除尽．
⑤获得的FeSO₄•7H₂O需密闭保存，原因是FeSO₄有还原性，易被氧化（或FeSO₄•7H₂O失去结晶水）．
⑥上述1000L废水经处理，可获得 FeSO₄•7H₂O的物质的量是12mol．

Answer 1

分析 （1）根据溶液中电荷守恒可计算出氢离子的浓度；
（2）某工厂的工业废水中含有大量的Fe³⁺、Cu²⁺、SO₄^2-和少量Na⁺，先加过量铁（A），过滤，得到D溶液为FeSO₄，C为Cu和多余的铁，再向C中加过量稀硫酸，过滤得到的Cu，E为FeSO₄，硫酸亚铁经过蒸发浓缩、冷却结晶可以得到绿矾晶体，
①根据能和金属铁发生反应的物质来回答；
②试剂B是将金属铜和金属铁分离开的物质；
③操作③是从硫酸亚铁溶液中获得硫酸亚铁晶体，据此答题；
④用KSCN溶液可以检验溶液中是否有铁离子；
⑤亚铁离子易被空气中的氧气氧化；
⑥根据铁元素守恒可计算得硫酸亚铁晶体的物质的量．

解答 解：（1）根据溶液中电荷守恒可知，3c（Fe³⁺）+2c（Cu²⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-），所以c（H⁺）=（2×1×10^-2-3×2×10^-3-2×1×10^-3-2×10^-3）mol/L=0.01mol/L
故答案为：0.01；
（2）某工厂的工业废水中含有大量的Fe³⁺、Cu²⁺、SO₄^2-和少量Na⁺，先加过量铁（A），过滤，得到D溶液为FeSO₄，C为Cu和多余的铁，再向C中加过量稀硫酸，过滤得到的Cu，E为FeSO₄，硫酸亚铁经过蒸发浓缩、冷却结晶可以得到绿矾晶体，
①酸性环境Fe³⁺、Cu²⁺、SO₄^2-和少量Na⁺中，能和金属铁发生反应的物质是Fe³⁺、Cu²⁺、H⁺，发生的反应有：Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu、Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑、2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，
故答案为：Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺； Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
 ②试剂B是将金属铜和金属铁分离开的物质，可以选择稀硫酸，
故答案为：H₂SO₄；
③从FeSO₄溶液中提取溶质晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，最后用少量冷水洗涤晶体，在低温下干燥，防止变质，
故答案为：过滤；
④检验溶液D中Fe³⁺是否除尽的实验方法是 取少量D中溶液于试管中，滴加1滴KSCN溶液，不出现红色，说明废水中Fe³⁺除尽，
故答案为：取少量D中溶液于试管中，滴加1滴KSCN溶液，不出现红色，说明废水中Fe³⁺除尽；
⑤FeSO₄有还原性，易被氧化（或FeSO₄•7H₂O失去结晶水），所以获得的FeSO₄•7H₂O需密闭保存，
故答案为：FeSO₄有还原性，易被氧化（或FeSO₄•7H₂O失去结晶水）；
⑥上述1000L废水中含有铁离子的物质的量为1000L×2×10^-3mol/L=2mol，560g铁粉的物质的量为10mol，根据铁元素守恒可知，可获得 FeSO₄•7H₂O的物质的量为2mol+10mol=12mol，
故答案为：12．

点评 本题考查了工艺流程图的分析判断，解答本题要充分理解各种物质的性质，从而得出正确的结论，应熟悉混合物的分离方法，掌握过滤和蒸发结晶分离方法的使用条件及实验操作，题目难度中等．