Question

【題目】下圖是某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)的對(duì)一種廢舊合金的各成分（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，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(shí)，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(guān)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(xué)方程式： 。

（3）過量的還原劑應(yīng)是 。

（4）①向溶液b中加入酸性KMnO4溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 。

②若用X mol/L KMnO4溶液處理溶液b，當(dāng)恰好將溶液中的陽離子完全氧化時(shí)消耗KMnO4溶液YmL，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?yàn)椋?/span> ﹥ ﹥ 。(填金屬陽離子)

（6）最后一步電解若用惰性電極電解一段時(shí)間后，析出固體B的質(zhì)量為Z g，同時(shí)測得陰陽兩極收集到的氣體體積相等，則標(biāo)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(yīng)式為 .

Answer 1

【答案】（1）過濾（1分）

（2）2FeCl3 +Fe = 3FeCl2（2分）； 2FeCl3 + Cu= 2FeCl2 +CuCl2（2分）

（3）Cu粉（2分）

（4）① MnO4 － + 5Fe2+ + 8H+= Mn2++ 5Fe3++4H2O（2分） ② 0.4XY（2分）

（5）Fe3+ ＞Cu2+ ＞Mn2+ （2分）

（6）22.4Z/64 （2分）； 4OH－ ―4e－＝O2↑ + 4H2O（2分）

【解析】

試題分析：根據(jù)題給流程圖和信息知，廢舊合金（含有Cu、Fe、Si 三種成分）與過量FeCl3溶液混合發(fā)生的反應(yīng)為2FeCl3 +Fe = 3FeCl2；2FeCl3 + Cu= 2FeCl2 +CuCl2，過濾，固體A的成分為Si，溶液a的成分為FeCl3 、FeCl2 和CuCl2的混合液；電解含Cu2+、Cl—、K+的溶液的固體B，B的成分為Cu；溶液a加過量還原劑反應(yīng)后過濾得固體B（Cu），則還原劑為銅，發(fā)生的反應(yīng)為2FeCl3 + Cu= 2FeCl2 +CuCl2，溶液b的成分為FeCl2 和CuCl2的混合液；溶液b中加入酸性高錳酸鉀溶液，亞鐵離子被氧化為鐵離子，用氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)溶液的PH，鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，灼燒的氧化鐵，溶液d經(jīng)處理的金屬錳。（1）由流程圖知，操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為分離固液混合物的操作，指的是過濾；（2）加入過量FeCl3溶液過程中可能涉及的化學(xué)方程式：2FeCl3 +Fe = 3FeCl2；2FeCl3 + Cu= 2FeCl2 +CuCl2；（3）由上述分析知，過量的還原劑應(yīng)是Cu粉；（4）①向溶液b中加入酸性KMnO4溶液亞鐵離子被氧化為鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為MnO4 － + 5Fe2+ + 8H+= Mn2++ 5Fe3++4H2O；②根據(jù)相關(guān)反應(yīng)的關(guān)系式：2MnO4 －—— 10Fe2+——5Fe2O3，用X mol/L KMnO4溶液處理溶液b，當(dāng)恰好將溶液中的陽離子完全氧化時(shí)消耗KMnO4溶液YmL，則最后所得紅棕色固體C的質(zhì)量為0.4XYg；（5）根據(jù)題意知，溶液c中所含的金屬陽離子為Fe3+ 、Cu2+ 和Mn2+，若三者濃度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，根據(jù)題給溶度積產(chǎn)生判斷，Fe3+ 所需氫氧根濃度最小先沉淀，Mn2+所需氫氧根濃度最大，最后沉淀，則三種金屬陽離子沉淀的先后順序?yàn)椋?/span>Fe3+ ＞Cu2+ ＞Mn2+；（6）根據(jù)題意知，電解過程的電極反應(yīng)式依次為：陽極：4OH－ ―4e－＝O2↑ + 4H2O；陰極：Cu2+ + 2e- = Cu；2H+ + 2e- = H2↑；根據(jù)電子守恒計(jì)算，標(biāo)況下陽極生成的最后一種氣體體積為22.4Z/64L。