Question

某研究性学习小组对某废旧合金(含有Cu、Fe、Si 三种成分)进行分离、回收．其工业流程如图：

已知：298K时，Ksp[Cu(OH)₂]=2．0×10^-20，Ksp[Fe(OH)₃]=4．0×10^-38，Ksp[Mn(OH)₂]=1．9×10^-13，

根据上面流程回答有关问题：

（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ一定都不含有的操作是________

A．过滤       B．洗涤        C．干燥       D．蒸馏

（2）过量的还原剂应是________，溶液a中发生的反应的离子方程式为________；

（3）若用x mol/L KMnO₄溶液处理溶液b，当恰好将溶液中的阳离子完全氧化时消耗KMnO₄溶液ymL，则最后所得红棕色固体C的质量为________g(用含x、y的代数式表示)．

（4）将溶液c调节pH至2．9-3．2的目的是________；

（5）常温下，取0．2mol/L的CuCl₂溶液，若要使Cu²⁺开始沉淀，应调节pH至________；

（6）工业上由红棕色固体C制取相应单质常用的方法是________

A．电解法         B．热还原法        C．热分解法

（7）用惰性电极电解溶液e制取固体B，所发生的化学反应方程式为________。

Answer

（1）D；（2）铜粉；2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+；

（3）0．4xy；（4）保证Fe3+沉淀完全而其他金属阳离子不沉淀；

（5）4．5；（6）B；（7）CuCl2Cu+Cl2↑

【解析】

试题分析：（1）通过操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都得到固体和溶液，所用该操作是过滤，过滤是把不溶性固体和溶液分开的操作，所以涉及过滤、洗涤、干燥，故选：D；

（2）根据流程最后滤液中含铜，和电解得到B分析，加入过量的还原剂目的是还原过量的氯化铁，故应加铜，FeCl3具有氧化性与还原剂铜发生氧化还原反应，离子方程为：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，故答案为：铜粉； 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+；

（3）溶液b中含亚铁离子，会被酸性高锰酸钾氧化成铁离子，高锰酸钾被还原为锰离子，反应的离子方程式为MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，

根据关系式计算：

2 MnO4-～10Fe2+～5Fe2O3

2 10 5×160g

0.001xy m

m==0.4xy，故答案为：0.4xy；

（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，

溶度积常数越小，对应离子越易沉淀，所以沉淀顺序为：Fe3+＞Cu2+＞Mn2+，使氯化铁完全生成氢氧化铁，故答案为：保证Fe3+沉淀完全而其他金属阳离子不沉淀；

（5）若要使Cu2+开始沉淀，Qc=Ksp，所以c(OH-)==10-9.5mol/L，所以pH=4.5，故答案为：4.5；

（6）氧化铁与还原剂一氧化碳发生氧化还原反应得到单质铁，所以用热还原法，故选：B；

（7）溶液e电解阳氯离子放电得到氯气，阴极铜离子放电得到单质铜，所以电极反应式为：CuCl2Cu+Cl2↑，故答案为：CuCl2Cu+Cl2↑。

【考点定位】考查物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

【名师点晴】本题考查了实验方案的设计，设计实验基本操作，物质的分离与除杂，离子方程式的书写，沉淀溶解平衡及电解原理，题目较难，要考虑整个流程，从实验目的出发围绕问题根据化学原理一步步解答。本题的主要流程是这样的：含有Cu、Fe、Si废旧合金中的铁与铜与过量的氯化铁溶液发生氧化还反应，得到固体硅和含氯化铜、氯化亚铁和氯化铁的混合溶液a，加入过量的还原剂铜粉，得到时氯化亚铁和氯化铜的混合溶液b，然后向溶液中加入酸性高锰酸钾将亚铁离子氧化成铁离子，得到含锰离子、铁离子和铜离子的混合溶液中滴加氢氧化钾调节溶液的pH使铁离子完全沉淀，然后过滤得到氢氧化铁固体，灼烧得到氧化铁，溶液e电解阳氯离子放电得到氯气，阴极铜离子放电得到单质铜。