Question

如圖是某研究性學習小組設計的對一種廢舊合金的各成分（含有Cu、Fe、Si 三種成分）進行分離、回收再利用的工業(yè)流程，通過該流程將各成分轉(zhuǎn)化為常用的單質(zhì)及化合物．

已知：298K時，Ksp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，Ksp[Mn（OH）₂]=1.9×10^-13，根據(jù)上面流程回答有關問題：
（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ指的是

 

．
（2）加入過量FeCl₃溶液過程中可能涉及的化學方程式：

 

．
（3）過量的還原劑應是

 

．
（4）①向溶液b中加入酸性KMnO₄溶液發(fā)生反應的離子方程式為

 

．
②若用X mol/L KMnO₄溶液處理溶液b，當恰好將溶液中的陽離子完全氧化時消耗KMnO₄溶液Y mL，則最后所得紅棕色固體C的質(zhì)量為

 

g（用含X、Y的代數(shù)式表示）．
（5）常溫下，若溶液c中所含的金屬陽離子濃度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，則三種金屬陽離子沉淀的先后順序為：

 

．（填金屬陽離子）
（6）最后一步電解若用惰性電極電解一段時間后，析出固體B的質(zhì)量為Z g，同時測得陰陽兩極收集到的氣體體積相等，則標況下陽極生成的最后一種氣體體積為

 

L（用含Z的代數(shù)式表示）；該電極的反應式為

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分離得到的物質(zhì)來判斷；
（2）FeCl₃具有氧化性，會把鐵、銅氧化；
（3）根據(jù)流程最后濾液中含銅，加入過量的還原劑目的是還原過量的氯化鐵；
（4）①溶液b中含亞鐵離子，會被酸性高錳酸鉀氧化；
②根據(jù)關系式和原子守恒可計算出C（Fe₂O₃）的質(zhì)量；
（5）根據(jù)溶度積常數(shù)大小判斷沉淀先后順序；
（6）由流程可知，電解氯化銅得到銅和氯氣，生成Zg 銅轉(zhuǎn)移電子數(shù)為：

Zg

64g/mol

×2，生成氯氣：

Z

64

mol，要使兩極得到氣體體積相同，則還要電解水，設電解水的物質(zhì)的量為x，根據(jù)反應式：2H₂O

通電  .

H₂↑+O₂↑可知，生成xmol氫氣和0.5xmol氧氣，根據(jù)兩極氣體體積相等可列出方程，寫出陽極電極反應式．

解答：解：（1）通過操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都得到固體和溶液，所用該操作是過濾，過濾是把不溶性固體和溶液分開的操作，
故答案為：過濾；
（2）FeCl₃具有氧化性，會把鐵、銅氧化，反應方程式為：2FeCl₃+Fe=3FeCl₂、2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂，
故答案為：FeCl₃+Fe=3FeCl₂、2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂；
（3）根據(jù)流程最后濾液中含銅，加入過量的還原劑目的是還原過量的氯化鐵，故應加銅，故答案為：銅粉；
（4）①溶液b中含亞鐵離子，會被酸性高錳酸鉀氧化成鐵離子，高錳酸鉀被還原為錳離子，反應的離子方程式為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
故答案為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
②根據(jù)關系式計算：
  2 MnO₄^-～10Fe²⁺～5Fe₂O₃
    2     10     5×160g
  0.001XY          m
m=

0.001XY×5×160g

2

=0.4XY，
故答案為：0.4XY；
（5）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，
溶度積常數(shù)越小，對應離子越易沉淀，故沉淀順序為：Fe³⁺＞Cu²⁺＞Mn²⁺，
故答案為：Fe³⁺＞Cu²⁺＞Mn²⁺；
（6）由流程可知，電解氯化銅得到銅和氯氣，生成Zg 銅轉(zhuǎn)移電子數(shù)為：

Zg

64g/mol

×2=

Z

32

mol，生成氯氣：

Z

64

mol，要使兩極得到氣體體積相同，則還要電解水，設電解水的物質(zhì)的量為x，根據(jù)反應式：2H₂O

通電  .

H₂↑+O₂↑可知，生成xmol氫氣和0.5xmol氧氣，根據(jù)兩極氣體體積相等可列出方程：

Z

64

mol+0.5xmol=xmol，解得x=

Z

32

，故生成氧氣的物質(zhì)的量為：

Z

64

mol，標況下體積為：

Z

64

mol×22.4L/mol=

22.4Z

64

L，生成氧氣的電極反應式為：4OH^--4e^-=O₂↑+4H₂O，
故答案為：

22.4Z

64

；4OH^--4e^-=O₂↑+4H₂O．

點評：本題考查了實驗方案的設計，設計實驗基本操作，物質(zhì)的分離與除雜，離子方程式的書寫，沉淀溶解平衡及電解原理，題目較難，要考慮整個流程，從實驗目的出發(fā)圍繞問題根據(jù)化學原理一步步解答．