Question

下图是某研究性学习小组设计的对一种废旧合金各成分（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溶液过程中与较活泼的金属反应的离子方程式：                 。

（3）过量的还原剂应是         ，溶液b中所含的金属阳离子有              。

（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/LKMnO₄溶液处理溶液b，当恰好反应时消耗KMnO₄溶液Y mL，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m 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m的代数式表示）。

Answer

（1）过滤；（2）2Fe3+ +Fe = 3Fe2+；（3）Cu粉；Cu2+，Fe2+ ；（4）①MnO4- + 5Fe2+ + 8H+= Mn2++ 5Fe3++4H2O； ②0.4XY；（5）Fe3+ ＞Cu2+ ＞Mn2+ ；（6）22.4m/64。

【解析】

试题分析：（1）根据三个过程中得到的是固体和溶液，因此分离方法是过滤；

（2）根据旧合金成分，以及题意FeCl3与较活泼金属反应，金属活动顺序表，Fe比Cu活泼，因此2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；

（3）最后电解液中有Cu2＋，所以加入的过量的还原剂为Cu；发生的反应Cu＋2Fe3＋ = 2Fe2＋＋Cu2＋，因此金属阳离子为Cu2＋、Fe2＋；

（4）①高锰酸钾溶液把Fe2＋氧化成Fe3＋，根据化合价的升降法进行配平，其离子反应方程式为MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2++ 5Fe3++4H2O；②根据得失电子数目守恒，Y × 10－3 × X × 5 = n(Fe2＋) × 1，n(Fe2＋) = 5XY × 10－3mol，根据铁元素守恒n(Fe2O3) = n(Fe2＋)/2 = 5XY × 10－3/2mol，m(Fe2O3) = 5XY × 10－3 × 160/2g = 0.4XYg；

（5）假设金属阳离子的浓度为1mol·L－1，根据溶度积的定义，Fe(OH)3中的c3(OH－) = Ksp(Fe(OH)3)/c(Fe3＋) = 4 × 10－38/1 = 4 × 10－38，Cu(OH)2中c2(OH－) = Ksp(Cu(OH)2)/c(Cu2＋) = 2.2 × 10－20，Mn(OH)2中c2(OH－) = Ksp(Mn(OH)2) = 1.9 × 10－13，因此得出金属阳离子沉淀的先后顺序是：Fe3＋>Cu2＋>Mn2＋；

（6）因为阴阳两极上收集到气体，因此分为两个过程，第一过程中：阳极：4OH－－4e－ = 2H2O＋O2↑，阴极：Cu2＋＋2e－ = Cu，第二个过程：阳极：4OH－－4e－ = 2H2O＋O2↑，阴极：2H＋＋2e－ = H2↑，n(Cu) = m/64mol，根据得失电子数目守恒，推出第一过程中n(O2) = m/128mol，两电极上收集到气体体积相等，设生成氢气的物质的量为xmol，因此有m/128+x/2 = x，解得x = m/64mol，因此阳极最后一种气体的体积为：22.4m/64L。

【考点定位】考查物质的分离、化学计算、溶度积的计算、电解过程等知识。

【名师点睛】流程中常常涉及物质的分离和提纯、离子的检验、氧化还原反应方程式的书写、化学计算、热化学反应方程式的计算、平衡常数计算、化学平衡、电化学等知识，搞清楚流程中每一步发生什么反应，明确目的如沉淀反应、除杂、分离，有效地利用题中信息；复习时牢固掌握基础知识，准确答题，特别注意答题的规范性，如用词和字的书写等，此题有一定的难度。