Question

下图是某研究性学习小组设计的对一种废旧合金的各成分（含有Cu、Fe、Si 三种成分）进行分离、回收再利用的工业流程，通过该流程将各成分转化为常用的单质及化合物。

已知：298K时，Ksp[Cu(OH)₂]=2.2×10^-20，Ksp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38， Ksp[Mn(OH)₂] =1.9×10^-13，

根据上面流程回答有关问题：

（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ指的是                                      。

（2）加入过量FeCl₃溶液过程中可能涉及的化学方程式：                     。

（3）过量的还原剂应是                                                         。

（4）①向溶液b中加入酸性KMnO₄溶液发生反应的离子方程式为                      。

②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）。

（5）常温下,若溶液c中所含的金属阳离子浓度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，则三种金属阳离子沉淀的先后顺序为：              ﹥            ﹥            。(填金属阳离子)

（6）最后一步电解若用惰性电极电解一段时间后，析出固体B的质量为Z g，同时测得阴阳两极收集到的气体体积相等，则标况下阳极生成的最后一种气体体积为      L（用含Z的代数式表示）；该电极的反应式为                                                             .

Answer

（1）过滤（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】

试题分析：根据题给流程图和信息知，废旧合金（含有Cu、Fe、Si 三种成分）与过量FeCl3溶液混合发生的反应为2FeCl3 +Fe = 3FeCl2；2FeCl3 + Cu= 2FeCl2 +CuCl2，过滤，固体A的成分为Si，溶液a的成分为FeCl3 、FeCl2 和CuCl2的混合液；电解含Cu2+、Cl—、K+的溶液的固体B，B的成分为Cu；溶液a加过量还原剂反应后过滤得固体B（Cu），则还原剂为铜，发生的反应为2FeCl3 + Cu= 2FeCl2 +CuCl2，溶液b的成分为FeCl2 和CuCl2的混合液；溶液b中加入酸性高锰酸钾溶液，亚铁离子被氧化为铁离子，用氢氧化钾溶液调节溶液的PH，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，灼烧的氧化铁，溶液d经处理的金属锰。（1）由流程图知，操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为分离固液混合物的操作，指的是过滤；（2）加入过量FeCl3溶液过程中可能涉及的化学方程式：2FeCl3 +Fe = 3FeCl2；2FeCl3 + Cu= 2FeCl2 +CuCl2；（3）由上述分析知，过量的还原剂应是Cu粉；（4）①向溶液b中加入酸性KMnO4溶液亚铁离子被氧化为铁离子，反应的离子方程式为MnO4 － + 5Fe2+ + 8H+= Mn2++ 5Fe3++4H2O；②根据相关反应的关系式：2MnO4 －—— 10Fe2+——5Fe2O3，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0.4XYg；（5）根据题意知，溶液c中所含的金属阳离子为Fe3+ 、Cu2+ 和Mn2+，若三者浓度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，根据题给溶度积产生判断，Fe3+ 所需氢氧根浓度最小先沉淀，Mn2+所需氢氧根浓度最大，最后沉淀，则三种金属阳离子沉淀的先后顺序为：Fe3+ ＞Cu2+ ＞Mn2+；（6）根据题意知，电解过程的电极反应式依次为：阳极：4OH－ ―4e－＝O2↑ + 4H2O；阴极：Cu2+ + 2e- = Cu；2H+ + 2e- = H2↑；根据电子守恒计算，标况下阳极生成的最后一种气体体积为22.4Z/64L。

考点：以化学工艺流程为载体考查化学实验基本操作、反应方程式的书写、沉淀溶解平衡及电解计算。