Question

15．如圖是某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計的對一種廢舊合金各成分（含有Cu、Fe、Si三種成分）進(jìn)行分離、回收再利用的工業(yè)流程圖，通過該流程可將各成分轉(zhuǎn)化為其單質(zhì)或化合物．

已知：298 K時，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38
根據(jù)上面流程回答有關(guān)問題：
（1）加入過量FeCl₃溶液過程中所涉及的離子方程式為2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺、2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺．
（2）當(dāng)試劑X為H₂O₂溶液時，該反應(yīng)的離子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（3）試劑Y可能是BD．
A．NaOH    B．CuO    C．NH₃•H₂O    D．Cu₂（OH）₂CO₃
（4）調(diào)節(jié)溶液b的pH至2.9～3.2的目的是保證Fe³⁺沉淀完全而其他金屬陽離子不沉淀．
（5）電解溶液c可以回收銅．其陽極（石墨）的電極反應(yīng)可表示為2Cl^--2e^-═Cl₂↑．
（6）溶液c還可用于制備CuCl₂•2H₂O，從而實現(xiàn)對廢液的利用．
①從溶液c獲得CuCl₂•2H₂O的具體操作是在HCl氣流中蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌干燥．
②測定產(chǎn)品中CuCl₂•2H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)方法如下：取2.000 g產(chǎn)品，用水溶解后，加入60.00 mL 0.4000 mol•L^-1的KI溶液（足量），充分反應(yīng)后加入淀粉指示劑，用0.4000 mol•L^-1 Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，耗去此標(biāo)準(zhǔn)液25.00 mL時，剛好到達(dá)滴定終點，則此產(chǎn)品中CuCl₂•2H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85.50%．（已知：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）．

Answer 1

分析 含有Cu、Fe、Si廢舊合金中的鐵與銅與過量的氯化鐵溶液發(fā)生氧化還反應(yīng)，過濾得到固體硅和含氯化銅、氯化亞鐵和氯化鐵的混合溶液a，加入過量的還原劑X為銅粉，得到時氯化亞鐵和氯化銅的混合溶液b，然后向溶液中加入試劑Y為酸性高錳酸鉀氧化劑將亞鐵離子氧化成鐵離子，得到含鐵離子和銅離子的混合溶液中滴加氫氧化鉀調(diào)節(jié)溶液的pH使鐵離子完全沉淀，然后過濾得到氫氧化鐵固體，灼燒得到氧化鐵，溶液c電解陽氯離子放電得到氯氣，陰極銅離子放電得到單質(zhì)銅，
（1）加入過量FeCl₃溶液過程中發(fā)生的反應(yīng)為鐵和氯化鐵反應(yīng)生成氯化亞鐵，銅和氯化鐵溶液反應(yīng)生成氯化亞鐵和氯化銅；
（2）當(dāng)試劑X為H₂O₂溶液時，氧化亞鐵離子為鐵離子；
（3）試劑Y是能和酸反應(yīng)且不能引入新的雜質(zhì)；
（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，溶度積常數(shù)越小，對應(yīng)離子越易沉淀，所以沉淀順序為：Fe³⁺＞Cu²⁺＞Mn²⁺，使氯化鐵完全生成氫氧化鐵；
（5）電解溶液c可以回收銅，是電解氯化銅溶液，陽極上是氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上是銅離子得到電子生成銅發(fā)生還原反應(yīng)；
（6）①由于CuCl₂溶液直接加熱會促進(jìn)Cu²⁺水解，所以要在HCl氣流中蒸發(fā)濃縮，后冷卻結(jié)晶、過濾取出晶體后洗滌干燥；
②由題目已知加入的KI溶液足量，則根據(jù)題目提供的離子方程式，可以推出反應(yīng)的關(guān)系式為2Cu²⁺→I₂→S₂O₃^2-，據(jù)此計算．

解答 解：（1）加入過量FeCl₃溶液過程中發(fā)生的反應(yīng)為鐵和氯化鐵反應(yīng)生成氯化亞鐵，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺；銅和氯化鐵溶液反應(yīng)生成氯化亞鐵和氯化銅，2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺、2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（2）當(dāng)試劑X為H₂O₂溶液時，該反應(yīng)的離子方程式：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由圖中紅棕色固體C，可知為Fe₂O₃，固體B通過溶液c電解得到為Cu，而分離前只加入試劑Y調(diào)節(jié)pH，則可知該試劑調(diào)節(jié)pH是沒有向溶液c中引起新的離子，則調(diào)節(jié)pH的試劑應(yīng)該含有Cu，所以選擇BD，
故答案為：BD；
（4）由題目中提供的K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，可以求出當(dāng)Fe³⁺完全沉淀時，溶液的pH=3.2，而Cu²⁺開始沉淀時pH=4.7，所以調(diào)節(jié)pH的目的是使Fe³⁺完全沉淀，
故答案為：保證Fe³⁺沉淀完全而其他金屬陽離子不沉淀；  
（5）電解溶液c可以回收銅，是電解氯化銅溶液，陽極上是氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上是銅離子得到電子生成銅發(fā)生還原反應(yīng)，陽極上電極反應(yīng)為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，
故答案為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
（6）①由于CuCl₂溶液直接加熱會促進(jìn)Cu²⁺水解，所以要在HCl氣流中蒸發(fā)濃縮，后冷卻結(jié)晶、過濾取出晶體后洗滌干燥，可以得到較純凈的CuCl₂•2H₂O，
故答案為：冷卻結(jié)晶、過濾；洗滌干燥；
②由題目已知加入的KI溶液足量，則根據(jù)題目提供的離子方程式，可以推出反應(yīng)的關(guān)系式為2Cu²⁺→I₂→S₂O₃^2-，計算S₂O₃^2-的物質(zhì)的量為0.4000 mol•L^-1×0.025 L=0.01 mol，則CuCl₂•2H₂O的物質(zhì)的量為0.01 mol，則質(zhì)量為1.71 g，可以求出CuCl₂•2H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{1.71g}{2.00g}$×100%=85.50%，
故答案為：85.50%．

點評 本題考查了物質(zhì)分離的過程分析，物質(zhì)制備的原理，除雜試劑的選擇，掌握基礎(chǔ)是解題的關(guān)鍵，題目難度中等．