Question

【題目】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溶液過程中與較活潑的金屬反應的離子方程式： 。

（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X mol/LKMnO4溶液處理溶液b，當恰好反應時消耗KMnO4溶液Y mL，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m 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m的代數式表示）。

Answer 1

【答案】（1）過濾；（2）2Fe3+ +Fe = 3Fe2+；（3）Cu粉；Cu2+，Fe2+ ；（4）①MnO4- + 5Fe2+ + 8H+= Mn2++ 5Fe3++4H2O； ②0.4XY；（5）Fe3+ ＞Cu2+ ＞Mn2+ ；（6）22.4m/64。

【解析】

試題分析：（1）根據三個過程中得到的是固體和溶液，因此分離方法是過濾；

（2）根據舊合金成分，以及題意FeCl3與較活潑金屬反應，金屬活動順序表，Fe比Cu活潑，因此2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；

（3）最后電解液中有Cu2＋，所以加入的過量的還原劑為Cu；發生的反應Cu＋2Fe3＋ = 2Fe2＋＋Cu2＋，因此金屬陽離子為Cu2＋、Fe2＋；

（4）①高錳酸鉀溶液把Fe2＋氧化成Fe3＋，根據化合價的升降法進行配平，其離子反應方程式為MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2++ 5Fe3++4H2O；②根據得失電子數目守恒，Y × 10－3 × X × 5 = n(Fe2＋) × 1，n(Fe2＋) = 5XY × 10－3mol，根據鐵元素守恒n(Fe2O3) = n(Fe2＋)/2 = 5XY × 10－3/2mol，m(Fe2O3) = 5XY × 10－3 × 160/2g = 0.4XYg；

（5）假設金屬陽離子的濃度為1mol·L－1，根據溶度積的定義，Fe(OH)3中的c3(OH－) = Ksp(Fe(OH)3)/c(Fe3＋) = 4 × 10－38/1 = 4 × 10－38，Cu(OH)2中c2(OH－) = Ksp(Cu(OH)2)/c(Cu2＋) = 2.2 × 10－20，Mn(OH)2中c2(OH－) = Ksp(Mn(OH)2) = 1.9 × 10－13，因此得出金屬陽離子沉淀的先后順序是：Fe3＋>Cu2＋>Mn2＋；

（6）因為陰陽兩極上收集到氣體，因此分為兩個過程，第一過程中：陽極：4OH－－4e－ = 2H2O＋O2↑，陰極：Cu2＋＋2e－ = Cu，第二個過程：陽極：4OH－－4e－ = 2H2O＋O2↑，陰極：2H＋＋2e－ = H2↑，n(Cu) = m/64mol，根據得失電子數目守恒，推出第一過程中n(O2) = m/128mol，兩電極上收集到氣體體積相等，設生成氫氣的物質的量為xmol，因此有m/128+x/2 = x，解得x = m/64mol，因此陽極最后一種氣體的體積為：22.4m/64L。