Question

某金屬冶煉廠的管道煙泥中含有炭黑及金屬銅、鋅、硫．綜合實踐活動小組的同學設計了從管道煙泥中回收金屬銅并利用廢氣中的二氧化硫制備硫酸的實驗方案，實驗過程如圖所示：

請回答：
（1）步驟①中，過濾操作使用了玻璃棒，其作用是______；如何確定硫酸已經過量______．
（2）步驟④中，所加入的金屬X與Zn的活動性順序是Zn＞X，金屬X具有廣泛用途，X是______，有關反應的化學方程式______．
（3）除去不純銅中的雜質金屬X，可選用的試劑或用品有______（填標號）．
a．磁鐵    b．稀鹽酸   c．蒸餾水    d．氯化銅溶液．
（4）將分離出的SO₂通過下列碘循環工藝過程既能制H₂SO₄，又能制取H₂，其流程如下：

試寫出反應器、膜反應器中的化學反應方程式______、______ H₂+I₂

Answer 1

【答案】分析：（1）依據過濾中玻璃棒的引流作用分析判斷，依據硫酸過量時濾液中會含有硫酸，再根據金屬與酸反應生成氫氣進行分析判斷；（2）依據金屬活動性順序結合金屬X具有廣泛用途分析該金屬是鐵，并得到相關的方程式；（3）依據鐵銅的性質對兩者進行分離即可；（4）根據化學方程式的書寫方法考慮本題．
解答：解：（1）在過濾操作中玻璃棒起到引流的作用，以防止液體飛濺，由于鋅的活動性在氫前，銅的活動性在氫后，所以銅鋅混合物與稀硫酸反應時，銅不能參與反應，碳也不能反應，而鋅與稀硫酸反應會生成硫酸鋅，所以過濾時濾液是硫酸鋅，固體A是銅與炭黑的混合物，如果加入的硫酸過量時，濾液中會含有硫酸，所以取少量濾液放入試管內，向試管內加入鋅粒，如果有氣泡產生，說明加入的硫酸是過量的，如果沒有氣泡產生，說明硫酸沒有過量；
（2）經過步驟②碳加熱生成二氧化碳，銅加熱生成氧化銅，氧化銅經步驟③轉化成硫酸銅的溶液，硫酸銅加過量的x銅說明x的活動性比銅強，由條件金屬X與Zn的活動性順序是Zn＞X，金屬X具有廣泛用途知X是金屬鐵，反應是鐵與硫酸銅發生置換反應，反應物是鐵與硫酸銅寫在等號的左邊，生成物是銅和硫酸亞鐵，寫在等號的右邊，所以方程式為：CuSO₄+Fe═Cu+FeSO₄；
（3）經過以上過程所得的不純的銅是銅與未反應的鐵粉，用磁鐵吸引鐵，不能吸引銅，所以能分離，鐵和氯化銅反應生成銅和氯化亞鐵，銅與氯化銅不反應，所以也能分離，加稀鹽酸時銅不能反應而鐵能，因此能分離兩者，而采用蒸餾水不能分離兩者；
（4）反應器中的反應物是水、二氧化硫、碘，生成物是硫酸和碘化氫，根據觀察法配平即可，所以方程式是：SO₂+2H₂O+I₂═H₂SO₄+2HI；膜反應器中的反應物是碘化氫生成物是碘和氫氣，用觀察法配平即可，所以方程式是：2HIH₂+I₂．
故答案為：（1）引流；取少量濾液放入試管內，向試管內加入鋅粒，如果有氣泡產生，說明加入的硫酸是過量的，如果沒有氣泡產生，說明硫酸沒有過量；（2）Fe；CuSO₄+Fe═Cu+FeSO₄；（3）a、b、d；（4）SO₂+2H₂O+I₂═H₂SO₄+2HI；2HIH₂+I₂
點評：此題是一道常規的資源回收題，解題的方法是對設計方案所涉及的化學反應要能明確，并進而對反應物生成物作出判斷，此題屬基礎性回收實驗題．