Question

化学实验室产生的废液中含有大量会污染环境的物质，为了保护环境，化学实验室产生的废液必须经处理后才能排放。某化学实验室产生的酸性废液中含有Fe³⁺、Cu²⁺、Ba²⁺三种金属阳离子和Cl^-一种阴离子，实验室设计了下述方案对废液进行处理，以回收金属并测定含量，保护环境。

已知实验中处理的酸性废液的体积为1L，用pH计测定出其中H⁺物质的量浓度为0.10mol/L。

请回答下列问题：

(1)实验中操作I、II、III的方法相同，操作步骤依次为过滤、_________、干燥。

(2)“氧化”步骤所得溶液颜色为棕黄色，该反应的离子方程式为：__________。

(3)实验中称量固体I 的质量为4.66g，固体II 的质量为15.2g，用足量的稀硝酸溶解固体II 后产生了标准状况下的无色气体4.48L，则固体II 中金属铜的质量为________g。

(4)实验中将固体III进行充分灼烧，使用仪器除了酒精灯、三脚架、泥三角、玻璃棒外，还有_____（填名称）。最后得到的红棕色固体质量为40.0g，则原溶液中氯离子的物质的量浓度为________（写出计算过程）。

Answer

洗涤2Fe2++H2O2+2H+= 2Fe3++2H2O9.6坩埚1.04mol/L

【解析】在含有Fe3+、Cu2+、Ba2+和Cl-的酸性废液中滴加过量Na2SO4溶液后，通过操作I的过滤、洗涤并干燥可得BaSO4沉淀；滤液中加入过量Fe粉可还原滤液中的Cu2+，通过操作Ⅱ的过滤、洗涤并干燥可得Fe和Cu的混合物；继续在滤液中 滴加过量的H2O2溶液，可将滤液中的Fe2+氧化为Fe3+，滴加过量NaOH溶液可得Fe(OH)3沉淀，经操作Ⅲ的过滤、洗涤并干燥可得Fe(OH)3；最后的滤液可排放；

(1)有分析可知实验中操作I、II、III的方法相同，操作步骤依次为过滤、洗涤、干燥；

(2)H2O2将滤液中的Fe2+氧化为Fe3+，发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+= 2Fe3++2H2O；

(3)固体I BaSO4沉淀的质量为4.66g，物质的量为0.02mol；固体II Fe和Cu的混合物的质量为15.2g，用足量的稀硝酸溶解固体II 后产生标准状况下的无色气体NO为4.48L，其物质的量为0.2mol，设Cu的物质的量为xmol，Fe的物质的量为ymol，则64x+56y=15.2、2x+3y=0.2×3（电子守恒式），解得：x=0.15、y=0.1，Cu的质量为64g/mol×0.15mol=9.6g；

(4)固体灼烧需要在坩埚中进行，则实验中将固体III进行充分灼烧，使用仪器除了酒精灯、三脚架、泥三角、玻璃棒外，还有坩埚；最后得到的红棕色固体Fe2O3的质量为40.0g，其物质的量为40.0g÷160g/mol=0.25mol，则滤液3中含有的Fe2+为0.5mol，原酸性溶液中含有H+的物质的量为0.10mol/L×1L=0.1mol，能溶解Fe生成的Fe2+为0.1mol×=0.05mol；原酸性溶液中的Cu2+的物质的量为0.15mol，能溶解Fe生成的Fe2+为0.15mol；根据2Fe3++Fe=3Fe2+，原溶液中的Fe3+的物质的量为(0.5mol-0.05mol-0.15mol)=0.2mol；另外原酸性溶液中含有Ba2+是0.02mol，根据溶液是电中性的可知n(Cl-)=n(Ba2+)×2+n(H+)+n(Fe3+)×3+n(Cu2+)×2=0.02mol×2+0.1mol+0.2mol×3+0.15mol×2=1.04mol，则原溶液中氯离子的物质的量浓度为=1.04mol/L。