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，部分金屬陽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

回答下列問題：
（1）25℃時，K_sp[Fe（OH）₃]的數(shù)值為10^-38.3
（2）步驟①中Cr₂O₃能與堿反應，該反應的離子方程式為Cr₂O₃+2OH^-=2CrO₂^-+H₂0
步驟④中與H₂O₂反應的物質(zhì)和離子是Cu、Fe²⁺
步驟⑤中調(diào)節(jié)溶液pH時適宜的物質(zhì)是bc（填序號）
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⁺，該反應可用于檢測司機是否酒駕，相應的化學方程式為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能與堿反應生成Na₂SiO₃和NaCrO₂，過濾得到濾渣為：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鐵離子，調(diào)至PH=5.2，沉降1小時，三價鐵離子沉淀完全，過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)過對濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到產(chǎn)品，蒸發(fā)濃縮時會導致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，金屬陽離子離子濃度小于等于10^-5mol•L^-1時以氫氧化物形式完全沉淀，根據(jù)K_SP=c（Fe³⁺）×c³（OH^-） 計算；
（2）步驟①中Cr₂O₃能與堿反應，該反應的離子方程式為：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、過濾的方法； 整個過程中沒有除去金屬鎂離子，據(jù)此寫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出反應方程式．

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能與堿反應生成Na₂SiO₃和NaCrO₂，過濾得到濾渣為：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鐵離子，調(diào)至PH=5.2，沉降1小時，三價鐵離子沉淀完全，過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)過對濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到產(chǎn)品，蒸發(fā)濃縮時會導致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，金屬陽離子離子濃度小于等于10^-5mol•L^-1時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，該反應的離子方程式為：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鐵離子，
調(diào)節(jié)pH不能引入新的雜質(zhì)，a項會引入鈉離子，b、c項物質(zhì)會和氫離子反應調(diào)節(jié)pH，同時生成銅離子，不會引入新的雜質(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、過濾的方法；整個過程中沒有除去金屬鎂離子； 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出反應方程式：3CH₃CH₂OH+2Na₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CH₃COOH+2Cr₂（SO₄）₃+11H₂O+2Na₂SO₄，
故答案為：3：2；3CH₃CH₂OH+2Na₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CH₃COOH+2Cr₂（SO₄）₃+11H₂O+2Na₂SO₄．

點評 本題以流程圖的形式考查了物質(zhì)的分離與提純、離子方程式的書寫、水解平衡、氧化還原反應等知識，分離和提純時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．