Question

某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe³⁺、Cu²⁺、Au³⁺等离子。有人设计了图中的工艺流程，从废水中回收金，并生产一定量的绿矾和胆矾。

（1）试剂X是              ，固体C的成份是               。

（2）步骤I，II，III均需要进行的操作是                 。

（3）写出步骤III处发生反应的离子方程式               ,稀硝酸在此反应中的作用是           , 将此过程收集到的NO与O₂混合得16mL混合气体充满试管后倒扣水中，恢复原状况剩余气体为2mL,则原混合气体中NO的体积是            。

（4）制备胆矾方法有三种:①铜与混酸(稀硫酸和稀硝酸)的反应②铜与浓硫酸的反应③铜与稀硫酸和氧气的反应.请选出你认为的最佳方法,写出此方法的反应化学方程式                       。

Answer

（1）稀硫酸；铜和金

（2）过滤、洗涤

（3）3Cu+8H++NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O；氧化性(剂)；10mL或8mL

（4）2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O

【解析】

试题分析：由工艺流程图示知，步骤Ⅰ为在工业废水中加入过量的铁粉，铁置换出单质金和单质铜，将Fe3+还原为Fe2+，发生反应的离子方程式为：Fe+2H+═Fe2++H2↑，2Fe3++Fe═3Fe2+，Cu2++Fe═Cu+Fe2+，2Au3++3Fe═2Au+3Fe2+。则溶液A为硫酸亚铁溶液，固体B为过量的铁和置换出来的铜和金；步骤Ⅱ、在固体B中加入过量的稀硫酸将铁溶解转化为硫酸亚铁，固体C为铜、金的单质，通过过滤将铁元素与活泼性比它弱的铜、金分离出来；步骤Ⅲ、在固体C中加入混酸充分反应将单质铜转化为硫酸铜，而金不反应，因此，固体E为单质金，溶液D为硫酸铜溶液。据此可得下列结论：

（1）由以上分析可知，试剂X是稀硫酸；固体C的成份是铜和金。

（2）步骤I，II，III均需要将难溶的固体与溶液进行分离，所以均需要进行的操作是过滤、洗涤。

（3）由上述分析可知，步骤III处发生反应的离子方程式为：3Cu+8H++NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O；稀硝酸在此反应中的作用是氧化性(剂)；将此过程收集到的NO与O2混合得16mL混合气体充满试管后倒扣水中，发生反应4NO+3O2+2H2O=4HNO3，恢复原状况剩余气体为2mL，若剩余气体为NO，则原混合气体中NO的体积是：(16-2)mL×4/7+2mL=10mL；若剩余气体为O2，则原混合气体中NO的体积是：(16-2)mL×4/7=8mL。

（4）制备胆矾方法有三种：①铜与混酸(稀硫酸和稀硝酸)的反应3Cu+8H++NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O，生成有毒气体NO，同时浪费原料；②铜与浓硫酸的反应生成有毒气体SO2，同时浪费原料；最佳方法是③铜与稀硫酸和氧气的反应生成硫酸铜绿色环保，此方法的反应化学方程式为：2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O。

考点：考查金属的回收与环境、资源保护

【名师点睛】本题考查常见金属及其化合物的综合应用，题目难度中等，本题注意铁与多种氧化剂反应的顺序以及氢氧化亚铁易被氧化的性质。“教真实的化学，学有用的知识”已成为大家的共识，现在的化学试题强调化学与生活的交融，突出理论联系生产、生活实际和科技前沿，强调学以致用。试题将真实的问题转化为试题情境，真实问题的复杂性带来了化学试题的综合性，这就要求考生首先读懂并捕捉到全部相关信息，弄清这些信息之间的逻辑关系，特别是确定性信息和未知信息之间的关系，为问题的解决奠定基础。这显然属于“关键能力”。对于一个流程的设计和评价，要分析它由几个部分组成，每个部分在整体中处于什么地位、有什么作用，为什么要这样设计，这样设计的优缺点如何，可以如何改进等等，这些都是高考中考查综合能力的重点。