Question

某研究性学习小组从含有Hg（NO₃）₂和Cu（NO₃）₂的实验室废液中回收金属汞和铜，设计的实验方案如图所示：

（1）在过滤操作过程中用到的仪器有：带铁圈的铁架台、玻璃棒、漏斗和______，其中玻璃棒的作用是______；
（2）滤渣A是______（填化学式）；
（3）滤液C和滤液D中的溶质分别是______和______（填化学式）；
（4）若给黑色固体通入试剂a为单质，则反应的化学方程式______ Cu+H₂O

Answer 1

【答案】分析：从题目给出的转化和回收中去思考对应的原理以及方法，进而对方法和原理进行分析研究，这样就能够很流畅解决过程里面的操作和反应的书写与对应．
解答：解：实验的目的是Hg（NO₃）₂和Cu（NO₃）₂的实验室废液中回收金属汞和铜．因此第一步是将对应的化合态的金属转化为固体金属，由于铜汞的活动性都比较差，所以可以选用活动性较强的金属进行置换，可以选择价格低廉来源较广的金属，一般可以选用铁粉．要想让铜汞完全转化为单质，则加入的铁应该适当过量．之后过滤，这样生成的铜汞的单质和剩余的铁粉进入了滤渣A（所以滤渣A的成分为Cu、Hg、Fe），此时滤液D中是实现铜汞单质生成过程中，铁和硝酸盐反应对应的硝酸盐即硝酸亚铁Fe（NO₃）₂．滤渣A加入适量硫酸，由于滤渣A中含有的物质只有铁能够与硫酸反应，所以经过滤后得到的滤渣B含有不能反应的铜汞单质，而滤液C中含有的是铁与硫酸反应生成的硫酸亚铁．而对滤渣B加热，由于汞受热极易转为汞蒸汽，所以可以实现铜汞的分离（这个题目命制中好像不是很严谨，如果在密闭环境中实验，怎么会生成氧化铜，所以此处还是按照给定方案进行分析，实际生成操作中应该不会生成氧化铜）．而要想得到汞，需要冷凝，所以涉及的仪器和装置第一要密闭，第二要进行冷凝，所以给的方案中③④是可行的．而铜单质在加热过程中由于会和氧气发生反应从而被氧化为氧化铜而显黑色，所以可以通过还原剂来实现转化为单质，给的流程是通入试剂a，说明试剂a为气体，而题目中说是单质，所以应该是气态的单质的还原性的，则为氢气．
（1）在过滤操作过程中用到的仪器有：带铁圈的铁架台、玻璃棒、漏斗和 烧杯，其中玻璃棒的作用是 引流；
（2）滤渣A是 Fe、Cu、Hg（填化学式）；
（3）滤液C和滤液D中的溶质分别是 FeSO₄和 Fe（NO₃）₂（填化学式）；
（4）若给黑色固体通入试剂a为单质，则反应的化学方程式 CuO+H₂Cu+H₂O；
（5）为防止有毒的汞蒸气扩散污染环境，冷凝回收汞需要在密闭且能冷凝的环境和装置内进行，即操作应 ③④
故答案为：（1）烧杯； 引流； （2）Fe、Cu、Hg；（3）FeSO₄；Fe（NO₃）₂； （4）CuO+H₂Cu+H₂O；（5）③④．
点评：从给定的转化中去思考对应的原理，进而分析过程的严谨性和科学性，这是方案评价性题目的一般解题思路．（这道题是否前面认为单质汞是固态，否则汞应该出现滤液D中，请做题时注意一下）