Question

1．從某廢液（含有Fe²⁺、Cu²⁺、Cl^-）中回收銅并制得純凈的FeCl₃溶液．現(xiàn)以制得純凈的FeCl₃溶液為原料制取優(yōu)良的水處理劑高鐵酸鉀（K₂FeO₄），其流程如圖：

已知：高錳酸鉀（K₂FeO₄）位暗紫色固體，可溶于水．在中性或酸性溶液中逐漸分解，在堿性溶液中穩(wěn)定．高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性．高錳酸鉀（K₂FeO₄）與水作用產(chǎn)生Fe（OH）₃．
（1）檢驗(yàn)廢液中含有Fe²⁺選用的試劑是KMnO₄（填化學(xué)式）；從廢液中制得純凈的FeCl₃溶液加入的試劑除鐵粉外，還需要一種試劑是Cl₂（填化學(xué)式），加入時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-．
（2）高錳酸鉀（K₂FeO₄）在處理水過(guò)程中的作用是殺菌消毒和凈水．
（3）“氧化”過(guò)程反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（4）過(guò)濾時(shí)需用的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯和漏斗，上述工藝得到的高錳酸鉀常含有雜志，可用重結(jié)晶法提純，操作是：將粗產(chǎn)品用飽和KOH溶液溶解，然后加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾．
（5）用回收的銅為原料可制得粗制CuSO₄•5H₂O晶體（含有少量的FeSO₄•7H₂O），除去CuSO₄•5H₂O晶體中雜志的方法是：向溶液中加入H₂O₂，再調(diào)解溶液PH，過(guò)濾即可制得純凈的CuSO₄溶液，進(jìn)而制得純凈CuSO₄•5H₂O的晶體．
已知：室溫時(shí)一些物質(zhì)的K_aq如表：

化學(xué)式	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
Kaq	8.0×10-16	8.0×10-18	8.0×10-20

已知溶液中的離子濃度小于1×10^-6mol•L^-1時(shí)就認(rèn)定沉淀完全．
加雙氧水的目的是將亞鐵離子氧化成鐵離子；若溶液中CuSO₄的濃度為3.0mol•L^-1，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明此方法可除去粗制CuSO₄•5H₂O晶體中FeSO₄•7H₂O的理由通常認(rèn)為溶液中的離子濃度小于1×10^-6mol•L^-1時(shí)就認(rèn)定沉淀完全，設(shè)溶液中CuSO₄的濃度為3.0mol•L^-1，則Cu（OH）₂開(kāi)始沉淀時(shí)的PH為4，F(xiàn)e³⁺完全沉淀時(shí)溶液的PH為3.3，通過(guò)計(jì)算確定上述方案可行．

Answer 1

分析 由流程圖可知，氯化鐵溶液、次氯酸鈉溶液和氫氧化鈉溶液混合發(fā)生氧化還原反應(yīng)2FeCl₃+10NaOH+3NaClO=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O，生成高鐵酸鈉、氯化鈉和水，加入40%的氫氧化鈉溶液除雜，過(guò)濾得到氯化鈉固體和濾液，濾液中加入氫氧化鉀溶液實(shí)現(xiàn)高鐵酸鈉轉(zhuǎn)化為高鐵酸鉀沉淀，Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH，冷卻結(jié)晶過(guò)濾得到高鐵酸鉀固體，上述工藝得到的高鐵酸鉀常含有雜質(zhì)，可用重結(jié)晶法提純．
（1）亞鐵離子具有還原性，高錳酸根離子具有氧化性，兩者反應(yīng)，Mn元素的化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)由+2價(jià)升高為+3價(jià)，所以可選擇高錳酸鉀檢驗(yàn)亞鐵離子，亞鐵離子的溶液，通入氯氣得到三氯化鐵溶液，從廢液中可制得純凈的FeCl₃溶液；
（2）K₂FeO₄中鐵元素化合價(jià)為+6價(jià)，具有強(qiáng)氧化性，可以殺菌消毒，被還原劑還原為鐵離子，鐵離子水解生成氫氧化鐵膠體，可以吸附懸浮雜質(zhì)起到凈水的主要作用；
（3）反應(yīng)中NaClO是氧化劑，還原產(chǎn)物是NaCl，根據(jù)元素守恒，可知反應(yīng)式中需要補(bǔ)充N(xiāo)aCl和H₂O．根據(jù)化合價(jià)升降法配平離子方程式；
（4）過(guò)濾需要燒杯、漏斗、玻璃棒，以此來(lái)解答；由題目信息可知，K₂FeO₄可溶于水，在中性或酸性溶液中能分解，在堿性溶液中穩(wěn)定，在分離提提純的時(shí)候就要在堿性環(huán)境中進(jìn)行，要防止引入新雜質(zhì)，所以需要將K₂FeO₄粗產(chǎn)品在稀KOH溶液中溶解，然后加入飽和KOH溶液，冷卻結(jié)晶；
（5）加入雙氧水的目的為氧化亞鐵離子，根據(jù)表中三種物質(zhì)的K_SP分別計(jì)算Cu（OH）₂開(kāi)始沉淀時(shí)的PH、Fe³⁺完全沉淀時(shí)溶液的PH，通過(guò)計(jì)算確定若溶液中CuSO₄的濃度為3.0mol•L^-1，此方法可除去粗制CuSO₄•5H₂O晶體中FeSO₄•7H₂O．

解答 解：（1）亞鐵離子具有還原性，高錳酸根離子具有氧化性，兩者反應(yīng)，反應(yīng)的離子反應(yīng)為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，高錳酸鉀溶液褪色，所以可選擇KMnO₄溶液檢驗(yàn)廢液中含有Fe²⁺，從廢液中制得純凈的FeCl₃溶液加入的試劑除鐵粉外，還需要通入氯氣氧化亞鐵離子，反應(yīng)的方程式為：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-，
故答案為：KMnO₄；2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-；
（2）K₂FeO₄中鐵元素化合價(jià)為+6價(jià)，具有強(qiáng)氧化性，可以殺菌消毒，被還原劑還原為鐵離子，鐵離子水解生成氫氧化鐵膠體，反應(yīng)的離子方程式為：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺，可以吸附懸浮雜質(zhì)起到凈水的主要作用，
故答案為：殺菌消毒；凈水；
（3）反應(yīng)中NaClO是氧化劑，氧化產(chǎn)物是Na₂FeO₄，反應(yīng)中FeCl₃→Na₂FeO₄，鐵元素化合價(jià)由+3價(jià)升高為+6價(jià)，化合價(jià)總升高3價(jià)，NaClO→NaCl，氯元素化合價(jià)由+1降低為-1價(jià)，化合價(jià)總共降低2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為6，故FeCl₃系數(shù)為2，NaClO系數(shù)為3，由鐵元素守恒可知Na₂FeO₄系數(shù)為2，由氯元素守恒可知NaCl系數(shù)為2×3+3=9，由氫元素守恒可知H₂O系數(shù)為5，配平方程式為2FeCl₃+10NaOH+3NaClO=2Na₂FeO₄+9NaCl+5H₂O，根據(jù)電荷守恒可得2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（4）過(guò)濾分離溶液與不溶性固體，在鐵架臺(tái)上放漏斗，漏斗下方為燒杯，然后利用玻璃棒引流，進(jìn)行過(guò)濾操作，所以需用的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯和漏斗，由題目信息可知，K₂FeO₄可溶于水，在中性或酸性溶液中能分解，在堿性溶液中穩(wěn)定，在分離提提純的時(shí)候就要在堿性環(huán)境中進(jìn)行，要防止引入新雜質(zhì)，所以需要將K₂FeO₄粗產(chǎn)品在稀KOH溶液中溶解，然后加入飽和KOH溶液，然后加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾，
故答案為：漏斗；飽和KOH溶液；加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾；
（5）根據(jù)表中三種物質(zhì)的K_SP計(jì)算得出：K_SP[Fe（OH）₂]=c（OH^- ）²×c（Fe²⁺），F(xiàn)e²⁺沉淀完全時(shí)的C（OH^-）=$\sqrt{\frac{8×1{0}^{-18}}{1×1{0}^{-6}}}$=$\sqrt{8}$×10^-6mol/L，對(duì)應(yīng)溶液的PH=14+lgC（OH^-），K_SP[Fe（OH）₃]=c（OH^- ）³×c（Fe³⁺），F(xiàn)e³⁺完全沉淀時(shí)C（OH^-）=$\root{3}{\frac{8×1{0}^{-16}}{1×1{0}^{-6}}}$=2×$\root{3}{1{0}^{-10}}$mol/L，對(duì)應(yīng)溶液的PH=14+lgC（OH^-）≈4，K_SP[Cu（OH）₂]=c（OH^- ）²×c（Cu²⁺），Cu²⁺開(kāi)始沉淀時(shí)的C（OH^-）=$\sqrt{\frac{3×1{0}^{-20}}{3.0}}$=1×10^-10mol/L，對(duì)應(yīng)溶液的PH=14+lgC（OH^-）=4，Cu²⁺完全沉淀時(shí)的C（OH^-）=$\sqrt{\frac{3×1{0}^{-20}}{1×1{0}^{-6}}}$=$\sqrt{3}$×10^-7mol/L，對(duì)應(yīng)溶液的PH=14+lgC（OH^-）=7-$\sqrt{3}$，因此需將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為鐵離子，而鐵離子沉淀完全時(shí)，銅離子未開(kāi)始沉淀，加入雙氧水的目的是將亞鐵離子氧化為鐵離子，將鐵離子完全沉淀的PH為3.3，而銅離子開(kāi)始沉淀的PH為4.0，因此可用該方法除去粗制CuSO₄•5H₂O晶體中FeSO₄•7H₂O，
故答案為：通常認(rèn)為溶液中的離子濃度小于1×10^-6mol•L^-1時(shí)就認(rèn)定沉淀完全，設(shè)溶液中CuSO₄的濃度為3.0mol•L^-1，則Cu（OH）₂開(kāi)始沉淀時(shí)的PH為4，F(xiàn)e³⁺完全沉淀時(shí)溶液的PH為3.3，通過(guò)計(jì)算確定上述方案可行．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查化學(xué)工藝流程分析，涉及方程式的書(shū)寫(xiě)、基本的實(shí)驗(yàn)操作、沉淀溶解平衡的計(jì)算、閱讀題目獲取信息能力等，需要學(xué)生具備綜合運(yùn)用知識(shí)及題目信息分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力．對(duì)于這類(lèi)題目，需要搞清楚每一步反應(yīng)物、生成物，清楚工藝流程原理，題目難度中等．