Question

下圖是某研究性學習小組設計的對一種廢舊合金的各成分（含有Cu、Fe、Si 三種成分）進行分離、回收再利用的工業流程，通過該流程將各成分轉化為常用的單質及化合物。

已知：298K時，Ksp[Cu(OH)₂]=2.2×10^-20，Ksp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38， Ksp[Mn(OH)₂] =1.9×10^-13，
根據上面流程回答有關問題：
（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ指的是                                     。
（2）加入過量FeCl₃溶液過程中可能涉及的化學方程式：                    。
（3）過量的還原劑應是                                                        。
（4）①向溶液b中加入酸性KMnO₄溶液發生反應的離子方程式為                     。
②若用X mol/L KMnO₄溶液處理溶液b，當恰好將溶液中的陽離子完全氧化時消耗KMnO₄溶液YmL，則最后所得紅棕色固體C的質量為                 g（用含X、Y的代數式表示）。
（5）常溫下,若溶液c中所含的金屬陽離子濃度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，則三種金屬陽離子沉淀的先后順序為：             ﹥           ﹥            。(填金屬陽離子)
（6）最后一步電解若用惰性電極電解一段時間后，析出固體B的質量為Z g，同時測得陰陽兩極收集到的氣體體積相等，則標況下陽極生成的最后一種氣體體積為     L（用含Z的代數式表示）；該電極的反應式為                                                             .

Answer 1

（1）過濾（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）

解析試題分析：根據題給流程圖和信息知，廢舊合金（含有Cu、Fe、Si 三種成分）與過量FeCl₃溶液混合發生的反應為2FeCl₃ +Fe = 3FeCl₂；2FeCl₃ + Cu= 2FeCl₂ +CuCl₂，過濾，固體A的成分為Si，溶液a的成分為FeCl₃ 、FeCl₂ 和CuCl₂的混合液；電解含Cu²⁺、Cl^—、K⁺的溶液的固體B，B的成分為Cu；溶液a加過量還原劑反應后過濾得固體B（Cu），則還原劑為銅，發生的反應為2FeCl₃ + Cu= 2FeCl₂ +CuCl₂，溶液b的成分為FeCl₂ 和CuCl₂的混合液；溶液b中加入酸性高錳酸鉀溶液，亞鐵離子被氧化為鐵離子，用氫氧化鉀溶液調節溶液的PH，鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，灼燒的氧化鐵，溶液d經處理的金屬錳。（1）由流程圖知，操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為分離固液混合物的操作，指的是過濾；（2）加入過量FeCl₃溶液過程中可能涉及的化學方程式：2FeCl₃ +Fe = 3FeCl₂；2FeCl₃ + Cu= 2FeCl₂ +CuCl₂；（3）由上述分析知，過量的還原劑應是Cu粉；（4）①向溶液b中加入酸性KMnO₄溶液亞鐵離子被氧化為鐵離子，反應的離子方程式為MnO₄^－ + 5Fe²⁺ + 8H⁺= Mn²⁺+ 5Fe³⁺+4H₂O；②根據相關反應的關系式：2MnO₄^－—— 10Fe²⁺——5Fe₂O₃，用X mol/L KMnO₄溶液處理溶液b，當恰好將溶液中的陽離子完全氧化時消耗KMnO₄溶液YmL，則最后所得紅棕色固體C的質量為0.4XYg；（5）根據題意知，溶液c中所含的金屬陽離子為Fe³⁺、Cu²⁺和Mn²⁺，若三者濃度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，根據題給溶度積產生判斷，Fe³⁺所需氫氧根濃度最小先沉淀，Mn²⁺所需氫氧根濃度最大，最后沉淀，則三種金屬陽離子沉淀的先后順序為：Fe³⁺＞Cu²⁺＞Mn²⁺；（6）根據題意知，電解過程的電極反應式依次為：陽極：4OH^－ ―4e^－＝O₂↑ + 4H₂O；陰極：Cu²⁺ + 2e^-= Cu；2H⁺ + 2e^- = H₂↑；根據電子守恒計算，標況下陽極生成的最后一種氣體體積為22.4Z/64L。
考點：以化學工藝流程為載體考查化學實驗基本操作、反應方程式的書寫、沉淀溶解平衡及電解計算。