Question

1．某科研小組探究工業廢Cu粉（雜質可能含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃中的一種或幾種）的組成并制備少量CuSO₄•5H₂O，實現廢物綜合利用．他們進行了兩組實驗，過程如下：

（1）廢Cu粉中一定含有的雜質是SiO₂、Fe₂O₃（填化學式）；
（2）寫出過程①③中可能發生的所有反應的離子方程式：
①Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺；
③SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（3）綜合過程Ⅰ、II，計算該9.4g廢Cu粉中，m（SiO₂）=3.0g，m（Cu）=3.2g．

Answer 1

分析 由過程Ⅰ可知，9.4gX和過量鹽酸反應生成藍色溶液，所以是銅離子的顏色，但是金屬Cu和鹽酸不反應，所以一定含有氧化鐵，和鹽酸反應生成的三價鐵離子可以和金屬銅反應，二氧化硅可以和氫氧化鈉反應，4.92g固體和氫氧化鈉反應后，固體質量減少了3.0g，所以該固體為二氧化硅，質量為3.0g，涉及的反應有：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，又Cu與NaOH不反應，1.92g固體只含Cu；
由過程Ⅱ可知，9.4gX與過量的氫氧化鈉溶液反應后得到6.4g不溶物，固體部分溶解，原固體中至少含有Al₂O₃、SiO₂的一種物質，而二氧化硅為3.0g，則不含Al₂O₃；6.4g固體與過量的鹽酸反應得到藍色溶液，藍色溶液中存在銅離子，發生了反應：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺，說明溶液中一定存在Fe²⁺、H⁺、Cu²⁺，1.92g固體為銅，所以沒有Fe³⁺，以此來解答．

解答 解：由過程Ⅰ可知，9.4gX和過量鹽酸反應生成藍色溶液，所以是銅離子的顏色，但是金屬Cu和鹽酸不反應，所以一定含有氧化鐵，和鹽酸反應生成的三價鐵離子可以和金屬銅反應，二氧化硅可以和氫氧化鈉反應，4.92g固體和氫氧化鈉反應后，固體質量減少了3.0g，所以該固體為二氧化硅，質量為3.0g，涉及的反應有：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，又Cu與NaOH不反應，1.92g固體只含Cu；
由過程Ⅱ可知，9.4gX與過量的氫氧化鈉溶液反應后得到6.4g不溶物，固體部分溶解，原固體中至少含有Al₂O₃、SiO₂的一種物質，而二氧化硅為3.0g，則不含Al₂O₃；6.4g固體與過量的鹽酸反應得到藍色溶液，藍色溶液中存在銅離子，發生了反應：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺，說明溶液中一定存在Fe²⁺、H⁺、Cu²⁺，1.92g固體為銅，所以沒有Fe³⁺，
（1）由過程Ⅰ可知含有SiO₂，由過程Ⅱ可知含有Fe₂O₃，故答案為：SiO₂、Fe₂O₃；
（2）由I可知X中一定存在的是Cu、Fe₂O₃，離子方程式分別為Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺，③涉及反應有SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O、
故答案為：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺；SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（3）通過以上分析可知，二氧化硅質量為3.0g，則Fe₂O₃、Cu一共6.4g，設Fe₂O₃為xmol，Cu為ymol，
則160x+64y=6.4
Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺，
xmol 2xmol xmol 2xmol
則反應剩余的Cu為：（y-x）mol×64g/mol=1.92g，
解得：x=0.02，y=0.05，
則Fe₂O₃的質量為0.02mol×160g/mol=3.2g，
Cu的質量為0.05mol×64g/mol=3.2g，
故答案為：3.0g；3.2g．

點評 本題考查物質分離提純的綜合應用，側重于學生的分析和實驗能力的考查，為高考常見題型和高頻考點，注意掌握檢驗未知物的常用方法，能夠根據反應現象判斷存在的物質，注意合理分析題中數據，根據題中數據及反應方程式計算出銅和氧化鐵的質量，題目難度中等．