Question

【題目】化工生產是指對原料進行化學加工，最終獲得有價值的產品的生產過程。某研究小組利用含硫酸亞鐵和硫酸銅的工業廢料制備鐵紅(氧化鐵)和硫酸銨晶體。流程如圖：

請回答下列問題：

（1）操作I的名稱_____，操作Ⅲ的名稱____。

（2）濾渣的成分為_____。

（3）請寫出溶液A中反應的離子方程式___。在標準狀況下，轉移0.4NA個電子時，通入的空氣體積為_____。

（4）測定廢料中硫酸銅的質量分數：稱取ag廢料樣品，將操作I得到的濾渣用足量的稀硫酸溶解、過濾、洗滌、干燥，稱得固體的質量為b g，則廢料中硫酸銅的質量分數____(寫出表達式)。

（5）向工業廢料溶液中加入足量的酸性高錳酸鉀，寫出有關的離子方程式___。

Answer 1

【答案】過濾 蒸發濃縮、冷卻結晶 Fe、Cu 10H2O+8NH3+O2+4Fe2+＝4Fe(OH)3↓+8NH4+ 10.7L (5b/2a)×100% 5Fe2++MnO4-+8H+＝5Fe3++Mn2++4H2O

【解析】

向含硫酸亞鐵和硫酸銅的工業廢料中加入硫酸溶解，加入過量的鐵粉與硫酸銅發生置換反應得到不溶的銅單質，過濾，濾渣為銅和未反應完的鐵，溶液A為硫酸亞鐵的溶液，向其中通入空氣氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氨氣沉淀鐵離子，過濾，固體B為氫氧化鐵，溶液為硫酸銨溶液，將硫酸銨溶液蒸發濃縮、冷卻結晶得到硫酸銨晶體，將固體B（氫氧化鐵）灼燒得到氧化鐵。據此解答。

（1）經過操作I得到固體和溶液，故操作I為過濾；操作Ⅲ為將硫酸銨溶液蒸發濃縮冷卻結晶為硫酸銨晶體。故答案為：過濾；蒸發濃縮、冷卻結晶；

（2）通過分析，鐵粉將硫酸銅還原為銅單質，故濾渣為銅和未反應完的鐵；故答案為：Fe、Cu；

（3）溶液A為硫酸亞鐵的溶液，向其中通入空氣氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氨氣沉淀鐵離子，過濾，固體B為氫氧化鐵，溶液為硫酸銨溶液，溶液A中反應的離子方程式為10H2O+8NH3+O2+4Fe2+＝4Fe(OH)3↓+8NH4+。根據反應方程式可得，消耗1mol氧氣，轉移4mol電子，在標準狀況下，轉移0.4NA個電子時，需要消耗0.1mol的氧氣，體積為2.24L，氧氣在空氣中的體積分數為21%，因此通入的空氣體積為≈10.7L；答案為：10H2O+8NH3+O2+4Fe2+＝4Fe(OH)3↓+8NH4+；10.7L；

（4）稱取ag廢料樣品，操作I得到的濾渣為銅和鐵，用足量的稀硫酸溶解、過濾、洗滌、干燥，稱得固體的質量為bg，銅不溶解，故m(Cu)＝bg，則n(Cu)=mol，根據銅元素質量守恒，則n(CuSO4)＝n(Cu)=mol，則廢料中硫酸銅的質量分數為；故答案為：；

（5）向工業廢料（含硫酸亞鐵和硫酸銅）溶液中加入足量的酸性高錳酸鉀，硫酸亞鐵與酸性高錳酸鉀發生氧化還原反應，離子方程式為5Fe2++MnO4-+8H+＝5Fe3++Mn2++4H2O；故答案為：5Fe2++MnO4-+8H+＝5Fe3++Mn2++4H2O。