Question

下圖是某研究性學習小組設計的對一種廢舊合金各成分（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       ，溶液b中所含的金屬陽離子有        。
（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Xmol/LKMnO₄溶液處理溶液b，當恰好反應時消耗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Zg，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）。

Answer 1

（1）過濾（1分）
（2）2FeCl₃ +Fe = 3FeCl₂（2分）, 2FeCl₃ + Cu= 2FeCl₂ +CuCl₂（2分）
（3）Cu粉（1分）   Cu²⁺,Fe²⁺ （1分）
（4）①MnO₄^- + 5Fe²⁺ + 8H⁺= Mn²⁺+ 5Fe³⁺+4H₂O（2分） ②0．4XY（2分）
（5）Fe³⁺＞Cu²⁺＞Mn²⁺（1分）
（6）22．4Z/64 （2分）

解析試題分析：（1）由流程可知操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ指的是過濾；
（2）加入過量FeCl₃溶液時的反應為：2FeCl₃ +Fe = 3FeCl₂, 2FeCl₃ + Cu= 2FeCl₂ +CuCl₂。
（3）加入過量的銅粉可將過量的FeCl₃ 還原為Fe²⁺，則溶液b中的金屬陽離子為Cu²⁺,Fe²⁺ 。
（4）①中反應的離子方程式為MnO₄^- + 5Fe²⁺ + 8H⁺= Mn²⁺+ 5Fe³⁺+4H₂O結合方程式可計算得紅棕色的Fe₂O₃為0．4XY g。
（5）因為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，且溶液c中金屬陽離子濃度相等，計算得三種陽離子沉淀的先后順序為Fe³⁺＞Cu²⁺＞Mn²⁺。
（6）以惰性電極電解溶液陰極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu  H⁺+2e^-=H₂↑，陽極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑ , 4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O,假設氫氣、氯氣、氧氣的物質的量分別為a、x、y，轉移電子分別為2a、2x、4y，
因為兩極收集的氣體相等，則a=x+y ①；由得失電子守恒的2a+(Z/64)×2=2x+4y ②;②-①×2得y=Z/64,即可求得標況的體積為22．4Z/64。
考點：元素化合物知識、離子方程式、電解原理。