一化学研究性学习小组对某工厂生产印刷电路板后所得废液进行探究(生产原理:2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+).请按要求完成下列探究报告.[探究目的]从废液中
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一化学研究性学习小组对某工厂生产印刷电路板后所得废液进行探究(生产原理:2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+).请按要求完成下列探究报告.[探究目的]从废液中
题型:不详
难度:
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一化学研究性学习小组对某工厂生产印刷电路板后所得废液进行探究(生产原理:2Fe
3+
+Cu═2Fe
2+
+Cu
2+
).请按要求完成下列探究报告.
[探究目的]
从废液中回收铜,并重新得到FeCl
3
溶液.
[资料获悉]
①3Fe
2+
+NO
3
-
+4H
+
═3Fe
3+
+NO↑+2H
2
O
②有关金属离子从开始沉淀到沉淀完全时溶液的pH:
Fe
3+
:2.7~3.7Cu
2+
:5.2~6.4Fe
2+
:7.6~9.6
[探究思路]
(1)先确定废液的组成及各金属离子的浓度;
(2)选择合适试剂回收铜,并重新得到FeCl
3
溶液.
[实验探究]
取几滴废液于试管中加水稀释后,滴加KSCN溶液出现血红色,可知废液中除含有Fe
2+
、Cu
2+
外,还含有Fe
3+
.
甲同学取10mL废液,向其中加入足量的AgNO
3
溶液,得到的沉淀经过滤、洗涤、干燥,称重8.61g.乙同学另取10mL废液,加入某试剂将pH调至4.0,使其中Fe
3+
转化为Fe(OH)
3
沉淀,而Fe
2+
、Cu
2+
仍留在废液中,沉淀经过滤、洗涤、灼烧,冷却后称重得0.32g.
通过计算可知废液中c(Fe
3+
)=______mol/L,c(Fe
2+
)=______mol/L,c(Cu
2+
)=______mol/L.
[交流讨论]
如何回收1L废液中含有的铜,并重新得到FeC1
3
溶液?
丙同学认为应该先向废液中加入wg铁粉[w=c(Cu
2+
)×1L×56g/mol],使之充分反应置换出铜,过滤,得金属铜.再向滤液中加入适量的稀硝酸,将Fe
2+
全部氧化为Fe
3+
,并进行尾气处理,即可达实验目的.有些同学认为丙同学的方案不可行,请你评价丙同学的方案有哪些不妥之处?(不一定填满)
(1)______(2)______(3)______
该小组同学根据讨论得到的合理方案进行操作,最终达到了预期目的.(方案内容略)
[拓展延伸]
请画出1L废液中加入铁粉的物质的量与废液中铜离子的物质的量的关系曲线,并利用图象计算,当铜离子的物质的量减少一半时,加入铁粉的质量是______g.
答案
[实验探究]甲同学实验操作的到的8.61g沉淀为氯化银,物质的量是0.06mol,则Cl
-
物质的量为0.06mol,乙同学pH调至4.0时,只有Fe
3+
沉淀而且沉淀完全,沉淀为氢氧化铁,灼烧得到0.32gFe
2
O
3
,物质的量为0.002mol,根据元素守恒可知Fe
3+
的物质的量为0.004mol,c(Fe
3+
)=
0.004mol
0.01L
=0.4 mol•L
-1
;由2Fe
3+
+Cu═Cu
2+
+2Fe
2+
可知2n(Cu
2+
)=n(Fe
2+
),由电荷守恒可知,3n(Fe
3+
)+2n(Cu
2+
)+2n(Fe
2+
)=n(Cl
-
),即n(Cu
2+
)+n(Fe
2+
)=
1
2
(0.06mol-0.004mol×3)=0.024mol,n(Cu
2+
)+n(Fe
2+
)=n(Cu
2+
)+2n(Cu
2+
)=0.024mol,求得:n(Cu
2+
)=0.008mol,c(Cu
2+
)=
0.008mol
0.01L
=0.8 mol•L
-1
,则
n(Fe
2+
)=2n(Cu
2+
)=0.016mol,c(Fe
2+
)=
0.016mol
0.01L
=1.6 mol•L
-1
,
故答案为:0.4;1.6;0.8;
[交流讨论]:根据上面计算可知,c(Fe
3+
)=0.4 mol•L
-1
,c(Cu
2+
)=0.8 mol•L
-1
,进入wg铁粉,铁粉质量不足,溶液中有残留的铜离子;使用硝酸做氧化剂,反应后引进了杂质硝酸根离子,
故答案为:加入铁粉不足,溶液中有残留的Cu
2+
;用HNO
3
氧化,会引入新的杂质NO
3
-
;
[拓展延伸]:上述1L废液含有n(Fe
3+
)=0.4mol,n(Cu
2+
)=0.,8mol,铁先发生Fe+2Fe
3+
=3Fe
2+
后发生Cu
2+
+Fe=Fe
2+
+Cu,0.4molFe
3+
消耗0.2molFe,此时n(Cu
2+
)=0.8mol,得到坐标(0.2,0.8),然后Cu
2+
+Fe=Fe
2+
+Cu反应,消耗铁的物质的量与Cu
2+
减少的物质的量相等,可得到如下几个坐标(0.4,0.6)、(0.6,0.4)(0.8,0.2)、(1.0,0),根据以上关系可以画出1L废液中加入铁粉的物质的量与废液中铜离子的物质的量的关系曲线:
;
当铜离子物质的量变为0.4mol时,加入铁的物质的量为0.6mol,质量为0.6mol×56g/mol=33.6g,
故答案为:
;33.6.
举一反三
固体硝酸盐加热易分解且产物较复杂.某学习小组以Mg(NO
3
)
2
为研究对象,拟通过实验探究其热分解的产物,提出如下4种猜想:
甲:Mg(NO
3
)
2
、NO
2
、O
2
乙:MgO、NO
2
、O
2
丙:Mg
3
N
2
、O
2
丁:MgO、NO
2
、N
2
(1)实验前,小组成员经讨论认定猜想丁不成立,理由是______.
查阅资料得知:2NO
2
+2NaOH═NaNO
3
+NaNO
2
+H
2
O
针对甲、乙、丙猜想,设计如下图所示的实验装置(图中加热、夹持仪器等均省略):
(2)实验过程
①仪器连接后,放入固体试剂之前,关闭k,微热硬质玻璃管(A),观察到E中有气泡连续放出,表明______
②称取Mg(NO
3
)
2
固体3.7g置于A中,加热前通入N
2
以驱尽装置内的空气,其目的是______;关闭K,用酒精灯加热时,正确操作是先______然后固定在管中固体部位下加热.
③观察到A中有红棕色气体出现,C、D中未见明显变化.
④待样品完全分解,A装置冷却至室温、称量,测得剩余固体的质量为1.0g.
⑤取少量剩余固体于试管中,加入适量水,未见明显现象.
(3)实验结果分析讨论
①根据实验现象和剩余固体的质量经分析可初步确认猜想______是正确的.
②根据D中无明显现象,一位同学认为不能确认分解产物中有O
2
,因为若有O
2
,D中将发生氧化还原反应:______(填写化学方程式),溶液颜色会退去;小组讨论认定分解产物中有O
2
存在,未检侧到的原因是______.
③小组讨论后达成的共识是上述实验设计仍不完善,需改进装置进一步研究.
题型:不详
难度:
|
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由短周期元素组成的化合物X是某抗酸药的有效成分.甲同学欲探究X的组成.
查阅资料:
①由短周期元素组成的抗酸药的有效成分有碳酸氢钠、碳酸镁、氢氧化铝、硅酸镁铝、磷酸铝、碱式碳酸镁铝.
②Al
3+
在pH=5.0时沉淀完全;Mg
2+
在pH=8.8时开始沉淀,在pH=11.4时沉淀完全.
实验过程:
I.向化合物X粉末中加入过量盐酸,产生气体A,得到无色溶液.
Ⅱ.用铂丝蘸取少量I中所得的溶液,在火焰上灼烧,无黄色火焰.
Ⅲ.向I中所得的溶液中滴加氨水,调节pH至5~6,产生白色沉淀B,过滤.
Ⅳ.向沉淀B中加过量NaOH溶液,沉淀全部溶解.
Ⅴ.向Ⅲ中得到的滤液中滴加NaOH溶液,调节pH至12,得到白色沉淀C.
(1)I中气全A可使澄清石灰水变浑浊,A的化学式是______.
(2)由I、Ⅱ判断X一定不含有的元素是磷、______.
(3)Ⅲ中生成B的离子方程式是______.
(4)Ⅳ中B溶解的离子方程式是______.
(5)沉淀C的化学式是______.
(6)若上述n(A):n(B):n(C)=1:1:3,则X的化学式是______.
题型:不详
难度:
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有一包白色固体,可能含有KCl、Na
2
SO
4
、BaCl
2
和Na
2
CO
3
中的一种或几种.为探究其成分,某同学做了如下实验:
①取此白色固体,溶解于水,有白色沉淀生成,过滤;
②将①所得沉淀移入试管,加入稀盐酸,沉淀部分溶解并有气体生成;
③向①所得滤液中加入硝酸银溶液,有白色沉淀生成,再加稀硝酸沉淀不溶解.
通过上述实验现象分析:该白色固体一定含有的物质是______;
一定不含有的物质是______;不能确定的物质是______.要确定是否含有该物质需要做的实验和判断依据为:______.
题型:不详
难度:
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有一包白色粉末状混合物,可能含有Na
2
CO
3
、CaCO
3
、CuCl
2
、NaCl、Na
2
SO
4
、Mg(NO
3
)
2
中的一种或几种,现进行如下实验:
①将混合物溶于水,得到无色透明溶液;
②取少量上述溶液两份,其中一份加入足量的BaCl
2
溶液,产生白色沉淀,再加入稀盐酸,沉淀不溶解;在另一份中加入NaOH溶液,也产生白色沉淀.
(1)根据上述实验现象回答:(填物质的化学式)
原混合物中肯定没有:______
原混合物中肯定有:______
原混合物中不能确定是否含有:______
(2)写出②中产生白色沉淀的所有离子方程式:______
(3)若要确定(1)中不能确定是否含有的物质,可以设计的实验方案是:______.
题型:不详
难度:
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一包粗盐中可能含有Na
2
SO
4
,Na
2
CO
3
杂质中的一种或两种,某同学为了探究清楚粗盐杂质成分进行了以下实验,请帮他完成实验.
(1)提出假设:
假设1:粗盐中只含有Na
2
CO
3
;
假设2:______
假设3:粗盐中既含有Na
2
CO
3
又含有Na
2
SO
4
(2)请设计实验完成对粗盐杂质成分的探究,写成实验步骤以及预期现象和结论.
限选实验试剂:稀盐酸,氯化钡溶液,澄清石灰水.
实验步骤
预期现象和结论
步骤1:取少量粗盐于试管中,往试管中滴加过量稀盐酸,并用带导管的胶塞迅速塞住试管,导管的另一端通入澄清石灰水,观察现象,
(1)若能观察到试管中有气泡产生,产生的气体能使澄清石灰水变浑浊,则说明假设1或假设3成立;(2)若无明显现象则说明______成立.
步骤2:继续往试管中滴加______,观察现象.
(1)若能观察到______结合步骤1中的(1)则说明______成立;
(2)若无明显现象,结合步骤1中(1)则说明______成立.
题型:不详
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