Question

某化學(xué)研究性小組同學(xué)提出回收含銅電纜廢料中提取銅的兩種方案，并向老師咨詢(xún)，老師就以下幾個(gè)方面與同學(xué)們展開(kāi)討論：
方案甲：

方案乙：

（1）兩個(gè)方案哪個(gè)符合當(dāng)前生產(chǎn)的綠色理念，為什么？

 

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（2）寫(xiě)出方案甲中的②③步驟與銅有關(guān)的離子反應(yīng)的離子方程式．

 

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（3）老師建議，無(wú)論是甲還是乙的方案，在“加鐵屑”這一步時(shí)，應(yīng)該加入略過(guò)量的鐵屑，目的是

 

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（4）老師請(qǐng)同學(xué)們用化學(xué)方法檢驗(yàn)紅色粉末中是否含有過(guò)量的鐵屑．請(qǐng)你填寫(xiě)下列表格寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)操作、預(yù)期實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)論及操作（②中相關(guān)的離子方程式）．

序號(hào)	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論及離子方程式
①	取適量的樣品于試管內(nèi)	--	--
②	用滴管滴入足量硫酸溶液，并充分振蕩試管
③		溶液先黃色，滴入KSCN溶液后顯紅色

（5）為了提高原料的，老師建議把最后一步所得淺綠色濾液通過(guò)蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、自然干燥得到一種帶結(jié)晶水的硫酸亞鐵晶體．
研究小組按老師的建議完成上面操作步驟，獲得晶體后對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)
①先取a g的晶體進(jìn)行脫水實(shí)驗(yàn)，獲得無(wú)水固體為（a-1.26）g
②將無(wú)水固體溶于足量的水配成溶液后滴加1.00mol/L的氯化鋇溶液，當(dāng)?shù)渭?0.00mL溶液時(shí)，沉淀恰好完全．
研究小組通過(guò)計(jì)算測(cè)知該晶體的化學(xué)式是

 

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Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：方案甲為：將含銅廢料在空氣中直接灼燒，將灼燒產(chǎn)物用足量稀硫酸溶解后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入過(guò)量鐵屑置換出銅；
方案乙為：向?qū)�廢料粉碎，然后加入稀硫酸加熱將銅轉(zhuǎn)化成銅離子，過(guò)濾除去不溶物后向?yàn)V液中加入過(guò)量鐵屑，將銅離子置換成銅單質(zhì)，
（1）生產(chǎn)的綠色理念是指對(duì)環(huán)境無(wú)污染的理念，據(jù)此對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行分析；
（2）反應(yīng)②中氧化銅與硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水，反應(yīng)③中銅離子與鐵反應(yīng)生成銅單質(zhì)和亞鐵離子；
（3）為了保障全部金屬Cu被置換出來(lái)，加入的試劑要過(guò)量；
（4）選擇適當(dāng)強(qiáng)氧化劑把鐵屑最終氧化為鐵離子，檢驗(yàn)是否含有鐵離子即可；
（5）溶液獲得晶體的方法：蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、自然干燥，根據(jù)結(jié)晶水合物分解的方程式和鋇離子與硫酸根離子間的反應(yīng)來(lái)計(jì)算結(jié)晶水的數(shù)目．

解答： 解：根據(jù)圖示流程可知：方案甲為：將含銅廢料在空氣中直接灼燒，將灼燒產(chǎn)物用足量稀硫酸溶解后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入過(guò)量鐵屑置換出銅；
方案乙為：向?qū)�廢料粉碎，然后加入稀硫酸加熱將銅轉(zhuǎn)化成銅離子，過(guò)濾除去不溶物后向?yàn)V液中加入過(guò)量鐵屑，將銅離子置換成銅單質(zhì)，
（1）乙方案對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，符合化學(xué)工業(yè)生成的綠色理念，而甲方案第一步“灼燒”會(huì)產(chǎn)生污染空氣的氣體、粉塵、煙霧，不符合綠色理念，
故答案為：乙，甲方案第一步“灼燒”會(huì)產(chǎn)生污染空氣的氣體、粉塵、煙霧；
（2）方案甲中的反應(yīng)②為CuO與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水，反應(yīng)的離子方程式為：CuO+2 H⁺═Cu²⁺+H₂O，反應(yīng)③中鐵與銅離子發(fā)生置換反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為：Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu，
故答案為：②CuO+2H⁺═Cu²⁺+H₂O、③Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu；
（3）為了確保Cu被完全置換出來(lái)，加入的鐵屑需要過(guò)量，
故答案為：確保Cu完全置換出來(lái)；
（4）鐵屑被足量的硫酸溶液氧化，F(xiàn)e+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑產(chǎn)生無(wú)色無(wú)味的氣體H₂，鐵離子在水溶液中為黃色，根據(jù)③中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知②中產(chǎn)生的亞鐵離子被氧化成了鐵離子，離子檢驗(yàn)操作中“取少量”上清液，“加試劑”利用過(guò)氧化氫的強(qiáng)氧化性和產(chǎn)物的純凈性，實(shí)現(xiàn)Fe²⁺到Fe³⁺的轉(zhuǎn)化，鐵離子檢驗(yàn)用KSCN溶液觀(guān)察是否溶液變紅，涉及反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O、Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃，
故答案為：

序號(hào)	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論
①		--	--
②		樣品部分溶解，并有氣泡放出	樣品含過(guò)量的鐵屑 Fe+2H+=Fe2++H2↑
③	將試管靜止，將上層清液傾倒于另一試管中，先滴入少許硝酸溶液，再滴入幾滴KSCN溶液		Fe2+被硝酸氧化成Fe3+，遇SCN-呈現(xiàn)血紅色

；
（5）硫酸亞鐵溶液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、自然干燥就會(huì)得到一種帶結(jié)晶水的硫酸亞鐵晶體，
根據(jù)反應(yīng)FeSO₄?xH₂O

△   .

FeSO₄ +xH₂O 
        a          a-1.26  1.26  
無(wú)水固體溶于足量的水配成溶液后滴加1.00mol/L的氯化鋇溶液，當(dāng)?shù)渭?0.00mL溶液時(shí)，沉淀恰好完全，消耗鋇離子的物質(zhì)的量為：1.00mol/L×0.01L=0.01mol，則n（FeSO₄）=n（BaSO₄）=n（BaCl₂）=0.01mol，分解生成水的質(zhì)量為0.01xmol，
所以：0.18x=1.26，
解得：x=7，
該晶體的化學(xué)式為：FeSO₄?7H₂O，
故答案為：FeSO₄?7H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)、常見(jiàn)離子的檢驗(yàn)方法及化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法等知識(shí)，題目難度中等，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，明確制備原理及實(shí)驗(yàn)操作方法為解答關(guān)鍵，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力．