Question

9．硅孔雀石是一種含銅礦石，含銅形態(tài)為CuCO₃•Cu（OH）₂和CuSiO₃•2H₂O，
同時含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、A1₂O₃等雜質．以其為原料制取硫酸銅的工藝
流程如下圖所示：

（1）步驟1中先加入足量稀硫酸，再加入雙氧水，則雙氧水參與該反應的離子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O
（2）步驟②調節(jié)溶液pH，可以選用的試劑是BC．（填字母編號）
A．Al₂O₃B．CuOC．CuCO₃•Cu（OH）₂
（3）有關氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如下表：

氫氧化物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
開始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7

則濾液B中含有的陽離子是Al³⁺、Cu²⁺、H⁺．
（4）將濾液B通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等操作可得到硫酸銅晶體．
（5）硫酸銅也可用硫化銅和氧氣在高溫、催化劑條件下化合制得，該反應的化學方程式是：
取384gCuS在一定條件下和氧氣完全反應，或發(fā)生：2CuS+3O₂=2CuO+2SO₂和
4CuS+5O₂=2Cu₂O+4SO₂；兩個反應，在所得固體中Cu和O的物質的量之比n（Cu）：n（O）=4：a，此時消耗空氣的物質的量為b mol，則a=a=$\frac{2}{5}$b-8．（氧氣占空氣體積的1/5）

Answer 1

分析 硅孔雀石是一種含銅礦石，含銅形態(tài)為CuCO₃•Cu（OH）₂和CuSiO₃•2H₂O，同時含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、A1₂O₃等雜質，硅孔雀石礦粉加入稀硫酸溶解，加入過氧化氫氧化亞鐵離子浸取后過濾，得到濾渣主要為SiO₂、H₂SiO₃，濾液A在含有Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、H⁺，加入銅的化合物調節(jié)溶液PH=4使鐵離子全部沉淀，此時鋁離子有部分沉淀，過濾得到濾液B主要是硫酸銅溶液，含有少量硫酸鋁和硫酸溶液，通過蒸發(fā)濃縮蒸發(fā)，冷卻結晶得到硫酸銅晶體；
（1）雙氧水酸性溶液中將亞鐵離子氧化成鐵離子；
（2）根據(jù)濾液A顯示酸性，加入的試劑不能引進新的雜質進行分析；
（3）根據(jù)氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH列表進行分析PH=4完全沉淀、不完全沉淀的離子；
（4）濾液得到溶質晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到硫酸銅晶體；
（5）由題意硫化銅與氧氣反應生成硫酸銅，依據(jù)化合價升降守恒結合原子個數(shù)守恒配平方程式；
設CuO的物質的量為x，Cu₂0的物質的量為y，依據(jù)氧原子個數(shù)守恒計算生成的CuO和Cu₂0，然后計算n（Cu）：n（O）．

解答 解：（1）雙氧水將亞鐵離子氧化成鐵離子的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（2）由于濾液A顯示酸性，加入的試劑能夠中和溶液中的氫離子，還不能引進新的雜質，所以應該選用氧化銅，堿式碳酸銅，氫氧化銅，等，故選BC，
故答案為：BC．
（3）步驟②中，調節(jié)pH=4時，所得濾渣B的成分依據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，pH=4時，三價鐵離子完全生成了氫氧化鐵沉淀，而鋁離子完全沉淀需要的PH是5.2，所以鋁離子沒有完全沉淀，鋁離子有少量沉淀，所以渣B的成分為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃ ，濾液B中含有的金屬陽離子是Al³⁺、Cu²⁺、H⁺，
故答案為：Al³⁺、Cu²⁺、H⁺；
（4）濾液B為硫酸銅溶液，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，過濾洗滌等操作可得到硫酸銅晶體；
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；
（5）由題意硫化銅與氧氣反應生成硫酸銅，依據(jù)化合價升降守恒結合原子個數(shù)守恒配平方程式：CuS+2O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CuSO₄；
384g CuS物質的量=$\frac{384g}{94g/mol}$=4mol，設CuO的物質的量為x，Cu₂0的物質的量為y，依據(jù)方程式2CuS+30₂=2CuO+2S0₂和4CuS+50₂=2Cu₂0+4S0₂，
則依據(jù)銅原子個數(shù)守恒可知：x+2y=4；
依據(jù)氧原子個數(shù)守恒可知：$\frac{1}{2}$x+$\frac{1}{2}$y+4=b×$\frac{1}{5}$；
解得：x=0.8b-20，y=12-0.4b，
所以n（Cu）：n（O）=4：a=4：（x+y）=4：（$\frac{2}{5}$b-8）；
所以a=$\frac{2}{5}$b-8．
故答案為：CuS+2O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CuSO₄；a=$\frac{2}{5}$b-8．

點評 本題為工藝流程題，考查了方程式的書寫、物質分離的方法、有關方程式的計算，主要是鋁及其化合物性質的分析應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．