Question

14．印刷電路的廢腐蝕液含有大量CuCl₂、FeCl₂和FeCl₃，任意排放將導(dǎo)致環(huán)境污染及資源的浪費(fèi)．可從該廢液中回收銅，并將鐵的化合物全部轉(zhuǎn)化為FeCl₃溶液，作為腐蝕液原料循環(huán)使用．測得某廢腐蝕液中含CuCl₂ 1.5mol/L、FeCl₂ 3.0mol/L、FeCl₃ 1.0mol/L、HCl 3.0mol/L．取廢腐蝕液200mL按如下流程在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

回答下列問題：
（1）操作1的名稱是過濾，上述方法獲得的銅粉中含有雜質(zhì)，除雜所需試劑是HCl（填化學(xué)式）．
（2）實(shí)驗(yàn)室可用固體KClO₃與濃HCl反應(yīng)制備Cl₂，此反應(yīng)中Cl₂既是氧化產(chǎn)物，又是還原產(chǎn)物．反應(yīng)的化學(xué)方程式為KClO₃+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$KCl+3Cl₂↑+3H₂O．
（3）圖1是實(shí)驗(yàn)室制備Cl₂并通入FeCl₂溶液中獲得FeCl₃溶液的部分裝置．
從圖2挑選所需的儀器，完成上述裝置簡圖（添加必要的塞子、玻璃導(dǎo)管、膠皮管．固定裝置不用畫），并標(biāo)明容器中所裝試劑．

（4）實(shí)驗(yàn)中，必需控制氯氣的速度，使導(dǎo)管口逸出的氣泡每秒1～2個(gè)，以便被FeCl₂溶液完全吸收．控制生成氯氣速度的操作是：緩慢旋轉(zhuǎn)分液漏斗的活塞，調(diào)節(jié)濃鹽酸滴下的速度．
（5）按上述流程操作，需稱取Fe粉的質(zhì)量應(yīng)不少于39.2g（精確到0.1g），需通入Cl₂的物質(zhì)的量不少于0.75mol，加入燒瓶中的KClO₃的質(zhì)量應(yīng)不少于30.6g（精確到0.1g）．

Answer 1

分析 （1）分析流程可知銅中含有鐵，可以加入鹽酸或稀硫酸等除去；
（2）實(shí)驗(yàn)室制備氯氣利用氯酸鉀和濃鹽酸反應(yīng)生成氯化鉀、氯氣和水；
（3）氯氣通入氯化亞鐵溶液反應(yīng)，剩余的氯氣不能排放空氣中 需要尾氣吸收裝置；
（4）控制反應(yīng)速率需要控制反應(yīng)物的量控制反應(yīng)速率；
（5）依據(jù)廢液中各物質(zhì)的物質(zhì)的量結(jié)合反應(yīng)的過程分析判斷，鐵粉和氯化銅、氯化鐵、鹽酸反應(yīng)；溶液中的氯化亞鐵被氯氣氧化需要氯氣的物質(zhì)的量；依據(jù)制氯氣的化學(xué)方程式計(jì)算需要的氯酸鉀質(zhì)量．

解答 解：（1）獲得的銅粉中含有雜質(zhì)鐵，加入鹽酸可以除去，
故答案為：HCl；
（2）實(shí)驗(yàn)室制備氯氣用固體KClO₃與濃HCl反應(yīng)制備Cl₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：KClO₃+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$KCl+3Cl₂↑+3H₂O，
故答案為：KClO₃+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$KCl+3Cl₂↑+3H₂O；
（3）制備Cl₂并通入FeCl₂溶液中獲得FeCl₃溶液的部分裝置需要把氯氣通入氯化亞鐵溶液中發(fā)生反應(yīng)生成氯化鐵，氯氣有毒需要尾氣吸收，據(jù)此設(shè)計(jì)選擇裝置為：，
故答案為：；
（4）控制生成氯氣速率的操作是緩慢旋轉(zhuǎn)分液漏斗的活塞，調(diào)節(jié)濃鹽酸滴下的速度，
故答案為：緩慢旋轉(zhuǎn)分液漏斗的活塞，調(diào)節(jié)濃鹽酸滴下的速度；
（5）廢腐蝕液中含CuCl₂ 1.5mol/L、FeCl₂ 3.0mol/L、FeCl₃ 1.0mol/L、HCl 3.0mol/L．取廢腐蝕液200mL，n（CuCl₂）=1.5×0.2=0.3mol；n（FeCl₃）=1.0×0.2=0.2mol；n（HCl）=3.0×0.2=0.6mol；n（FeCl₂）=3.0×0.2=0.6mol；鐵反應(yīng)的過程為：
  2FeCl₃+Fe=3FeCl₂，
2           1              3
0.2      0.1           0.3
Fe+CuCl₂=Cu+FeCl₂，
1        1            1
0.3    0.3        0.3
Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑；
1       2        1
0.3   0.6     0.3
共消耗鐵物質(zhì)的量最少為0.1+0.3+0.3=0.7mol；
質(zhì)量為0.7mol×56g/mol=39.2g；
需要通入氯氣發(fā)生的反應(yīng)是隱含氯化亞鐵，氯化亞鐵物質(zhì)的量=0.6mol+0.3mol+0.3mol+0.3mol=1.5mol：
  2FeCl₂+Cl₂=2FeCl₃，
   2                     1
1.5                   0.75
所以最少需要氯氣物質(zhì)的量為0.75mol；
加入燒瓶中的KClO₃的質(zhì)量依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算得到
KClO₃+6HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$KCl+3Cl₂↑+3H₂O
1                                  3
0.25                            0.75
加入燒瓶中的KClO₃的質(zhì)量最少=0.25mol×122.5g/mol=30.6g，
故答案為：39.2；0.75；30.6．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)制備的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過程分析，物質(zhì)性質(zhì)的熟練掌握是解題關(guān)鍵，物質(zhì)間的反應(yīng)，化學(xué)方程式的計(jì)算是解題關(guān)鍵，題目難度中等．