Question

5．某廠利用一批回收的廢料制造膽礬（CuSO₄•5H₂O）．該廢料中各種成份含量如下：Cu和CuO約占87%，其它為MgO、Cr₂O₃、FeO、SiO₂，工藝流程為：

提示：25℃時(shí)，部分金屬陽(yáng)離子以氫氧化物形式完全沉淀（離子濃度小于等于10^-5mol•L^-1）時(shí)溶液的pH如下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Cu（OH）2	Mg（OH）2	Fe（OH）2
pH	2.9	6.7	9.4	9.7

回答下列問(wèn)題：
（1）25℃時(shí)，K_sp[Fe（OH）₃]的數(shù)值為10^-38.3
（2）步驟①中Cr₂O₃能與堿反應(yīng)，該反應(yīng)的離子方程式為Cr₂O₃+2OH^-=2CrO₂^-+H₂0
步驟④中與H₂O₂反應(yīng)的物質(zhì)和離子是Cu、Fe²⁺
步驟⑤中調(diào)節(jié)溶液pH時(shí)適宜的物質(zhì)是bc（填序號(hào)）
a．NaOH b．CuO c．Cu（OH）₂
（3）操作⑧的分離方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾，這樣得到的膽礬晶體中除銅元素外還含有一種金屬元素，這種金屬元素的氧化物的電子式為．
（4）步驟⑨中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：2；硫酸酸化的Na₂Cr₂O₇溶液可以將乙醇氧化為乙酸，本身還原為Cr³⁺，該反應(yīng)可用于檢測(cè)司機(jī)是否酒駕，相應(yīng)的化學(xué)方程式為3CH₃CH₂OH+2Na₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CH₃COOH+2Cr₂（SO₄）₃+11H₂O+2Na₂SO₄．

Answer 1

分析 該廢料中含Cu和CuO約占87%，其它為MgO、Cr₂O₃、FeO、SiO₂，其中Cr₂O₃、SiO₂能與堿反應(yīng)生成Na₂SiO₃和NaCrO₂，過(guò)濾得到濾渣為：Cu、CuO、MgO、FeO，水洗至PH=7，加稀硫酸、雙氧水于80℃保溫0.5h，CuO、MgO、FeO都溶于稀硫酸生成硫酸銅、硫酸鎂、硫酸亞鐵，銅和亞鐵離子被雙氧水氧化成銅離子和三價(jià)鐵離子，調(diào)至PH=5.2，沉降1小時(shí)，三價(jià)鐵離子沉淀完全，過(guò)濾得到濾渣氫氧化鐵和濾液，濾液中含有銅離子和鎂離子，經(jīng)過(guò)對(duì)濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾得到產(chǎn)品，蒸發(fā)濃縮時(shí)會(huì)導(dǎo)致Cu²⁺發(fā)生水解生成Cu（OH）₂，用硫酸調(diào)節(jié)pH=2～3是為了抑制Cu²⁺的水解，也不會(huì)引入雜質(zhì)．
（1）Fe（OH）₃完全沉淀的PH是2.9，c（H⁺）=10^-2.9mol/L，c（OH^-）=$\frac{{K}_{W}}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-2.9}}$=10^-11.1mol/L，金屬陽(yáng)離子離子濃度小于等于10^-5mol•L^-1時(shí)以氫氧化物形式完全沉淀，根據(jù)K_SP=c（Fe³⁺）×c³（OH^-） 計(jì)算；
（2）步驟①中Cr₂O₃能與堿反應(yīng)，該反應(yīng)的離子方程式為：Cr₂O₃+2OH^-=2CrO₂^-+H₂0，
步驟④中銅和亞鐵離子被雙氧水氧化成銅離子和三價(jià)鐵離子，
調(diào)節(jié)pH不能引入新的雜質(zhì)；
（3）從溶液中得到晶體一般采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾的方法； 整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有除去金屬鎂離子，據(jù)此寫(xiě)出離子化合物氧化鎂的電子式；
（4）步驟⑨中氧化劑是雙氧水，還原劑NaCrO₂被雙氧水氧化成Na₂Cr₂O₇，根據(jù)得失電子守恒計(jì)算物質(zhì)的量之比；
Na₂Cr₂O₇溶液可以將乙醇氧化為乙酸，本身還原為Cr³⁺，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒寫(xiě)出反應(yīng)方程式．

解答 解：該廢料中含Cu和CuO約占87%，其它為MgO、Cr₂O₃、FeO、SiO₂，其中Cr₂O₃、SiO₂能與堿反應(yīng)生成Na₂SiO₃和NaCrO₂，過(guò)濾得到濾渣為：Cu、CuO、MgO、FeO，水洗至PH=7，加稀硫酸、雙氧水于80℃保溫0.5h，CuO、MgO、FeO都溶于稀硫酸生成硫酸銅、硫酸鎂、硫酸亞鐵，銅和亞鐵離子被雙氧水氧化成銅離子和三價(jià)鐵離子，調(diào)至PH=5.2，沉降1小時(shí)，三價(jià)鐵離子沉淀完全，過(guò)濾得到濾渣氫氧化鐵和濾液，濾液中含有銅離子和鎂離子，經(jīng)過(guò)對(duì)濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾得到產(chǎn)品，蒸發(fā)濃縮時(shí)會(huì)導(dǎo)致Cu²⁺發(fā)生水解生成Cu（OH）₂，用硫酸調(diào)節(jié)pH=2～3是為了抑制Cu²⁺的水解，也不會(huì)引入雜質(zhì)．
（1）Fe（OH）₃完全沉淀的PH是2.9，c（H⁺）=10^-2.9mol/L，c（OH^-）=$\frac{{K}_{W}}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-2.9}}$=10^-11.1mol/L，金屬陽(yáng)離子離子濃度小于等于10^-5mol•L^-1時(shí)以氫氧化物形式完全沉淀，K_SP=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=10^-5×（10^-11.1）³=10^-38.3，
故答案為：10^-38.3；
（2）步驟①中Cr₂O₃能與堿反應(yīng)，該反應(yīng)的離子方程式為：Cr₂O₃+2OH^-=2CrO₂^-+H₂0，
步驟④中銅和亞鐵離子被雙氧水氧化成銅離子和三價(jià)鐵離子，
調(diào)節(jié)pH不能引入新的雜質(zhì)，a項(xiàng)會(huì)引入鈉離子，b、c項(xiàng)物質(zhì)會(huì)和氫離子反應(yīng)調(diào)節(jié)pH，同時(shí)生成銅離子，不會(huì)引入新的雜質(zhì)，
故答案為：Cr₂O₃+2OH^-=2CrO₂^-+H₂0；Cu、Fe²⁺；bc；
（3）從溶液中得到晶體一般采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾的方法；整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有除去金屬鎂離子； MgO是離子化合物，由Mg²⁺離子和O^2-離子構(gòu)成，MgO的電子式為，
故答案為：冷卻結(jié)晶；；
（4）步驟⑨中氧化劑是雙氧水，還原劑NaCrO₂被雙氧水氧化成Na₂Cr₂O₇，3H₂O₂～6e^-，2CrO₂^-～Cr₂O₇^2-～6e^-，則氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為3：2，
Na₂Cr₂O₇溶液可以將乙醇氧化為乙酸，本身還原為Cr³⁺，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒寫(xiě)出反應(yīng)方程式：3CH₃CH₂OH+2Na₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CH₃COOH+2Cr₂（SO₄）₃+11H₂O+2Na₂SO₄，
故答案為：3：2；3CH₃CH₂OH+2Na₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CH₃COOH+2Cr₂（SO₄）₃+11H₂O+2Na₂SO₄．

點(diǎn)評(píng) 本題以流程圖的形式考查了物質(zhì)的分離與提純、離子方程式的書(shū)寫(xiě)、水解平衡、氧化還原反應(yīng)等知識(shí)，分離和提純時(shí)一定不能引入新的雜質(zhì)，調(diào)節(jié)pH一般加入含提純物質(zhì)中的離子的化合物，避免引入新的雜質(zhì)，如本題制取膽礬晶體，用CuO、Cu（OH）₂調(diào)節(jié)pH，除去雜質(zhì)，難度適中．