Question

硅孔雀石是一種含銅的礦石，含銅形態(tài)為CuCO₃?Cu（OH）₂和CuSiO₃?2H₂O，同時(shí)含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃等雜質(zhì)．以硅孔雀石為原料制備CuSO₄?5H₂O晶體的流程如圖所示：

回答下列問題：
（1）步驟①中，雙氧水的作用（用離子方程式表示）：

 

（2）步驟②的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH，試劑A宜選用

 

（填序號）
A．稀硫酸　　B．NaOH溶液　　C．氨水　　　　　D．CuO
常溫下Fe（OH）₃的Ksp=1×10^-38，若要將溶液中的Fe³⁺沉淀完全，必需將溶液pH調(diào)節(jié)至

 

（3）步驟③中由濾液b獲得CuSO₄?5H₂O晶體需要經(jīng)過

 

、

 

、過濾、洗滌、干燥等操作．
（4）利用副產(chǎn)品制備Na₂CO₃時(shí)，應(yīng)向NaCl溶液中先通入（或先加入）

 

（填化學(xué)式）．
（5）為充分利用母液，某學(xué)生利用電解原理設(shè)計(jì)方案回收銅（如圖2所示）．銅將在

 

（填“A”或“B”）極析出．
（6）工業(yè)上利用廢銅、廢酸（含硝酸、硫酸）為主要原料也可以制備硫酸銅晶體．某含有C（HNO₃）=2mol/L，C（H₂SO₄）=4mol/L的廢酸混合液100ml（不含其它酸或氧化劑），最多能制備硫酸銅晶體的質(zhì)量為

 

克．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：由制備實(shí)驗(yàn)流程可知，Cu₂（OH）₂CO₃、少量Fe的氧化物均與硫酸反應(yīng)，只有SiO₂不反應(yīng)，則濾渣a為SiO₂，再加上雙氧水具有氧化性將亞鐵離子氧化為鐵離子，所以溶液a含Cu²⁺、Fe³⁺，加CuO促進(jìn)鐵離子水解轉(zhuǎn)化為沉淀，所以濾液b中主要為硫酸銅，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到CuSO₄?5H₂O；制備Na₂CO₃時(shí)，先通入氨氣，增大二氧化碳的溶解，生成碳酸銨與氯化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉、氯化銨，則過濾可得到Na₂CO₃，以此來解答．
（1）雙氧水將亞鐵離子氧化成鐵離子；
（2）根據(jù)濾液a示酸性，加入的試劑不能引進(jìn)新的雜質(zhì)進(jìn)行分析；依據(jù)氫氧化鐵的溶度積常數(shù)和Fe³⁺沉淀完全的濃度為c（Fe³⁺）＜10^-5mol?L^-1，計(jì)算氫氧根離子濃度得到溶液最小pH；
（3）濾液b獲得CuSO₄?5H₂O晶體需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作；
（4）利用NaCl溶液制備Na₂CO₃時(shí)，根據(jù)侯氏制堿法的方法，先通氨氣后通二氧化碳?xì)怏w來分析；
（5）根據(jù)電解原理，與電源負(fù)極相連的陰極上是溶液中的不活潑的金屬離子得電子析出單質(zhì)來分析；
（6依據(jù)溶液中氫離子物質(zhì)的量和硝酸根離子物質(zhì)的量，硫酸根離子物質(zhì)的量，結(jié)合反應(yīng)3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，中離子定量關(guān)系和元素守恒計(jì)算分析；

解答： 解：由制備實(shí)驗(yàn)流程可知，Cu₂（OH）₂CO₃、少量Fe的氧化物均與硫酸反應(yīng)，只有SiO₂不反應(yīng)，則濾渣a為SiO₂，再加上雙氧水具有氧化性將亞鐵離子氧化為鐵離子，所以溶液a含Cu²⁺、Fe³⁺，加CuO促進(jìn)鐵離子水解轉(zhuǎn)化為沉淀，所以濾液b中主要為硫酸銅，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到CuSO₄?5H₂O；制備Na₂CO₃時(shí)，先通入氨氣，增大二氧化碳的溶解，生成碳酸銨與氯化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉、氯化銨，則過濾可得到Na₂CO₃．
（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示酸性，加入的試劑能夠中和溶液中的氫離子，還不能引進(jìn)新的雜質(zhì)，所以應(yīng)該選用D氧化銅；常溫時(shí)，F(xiàn)e（OH）₃的K_sp=1×10^-38，要使溶液中的Fe³⁺沉淀完全，殘留在溶液中的c（Fe³⁺）＜10^-5mol?L^-1；Ksp=c（Fe³⁺）c³（OH^-）=10^-5×c³（OH^-）=1×10^-38
c（OH^-）=10^-11mol/L，c（H⁺）=

10 -14

10 -11

=10^-3mol/L，溶液PH=3；故答案為：D；3；
（3）濾液b獲得CuSO₄?5H₂O晶體需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作；故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（4）利用NaCl溶液制備Na₂CO₃時(shí)，根據(jù)侯氏制堿法的方法，要增大二氧化碳的溶解性則先通氨氣后通二氧化碳?xì)怏w，故答案為：NH₃；
（5）根據(jù)電解原理，與電源負(fù)極相連的陰極上是溶液中的不活潑的金屬離子得電子析出單質(zhì)，所以要回收銅，則銅在陰極析出，故答案為：A；
（6）某含有c（HNO₃）=2mol?L^-1，c（H₂SO₄）=4mol?L^-1的廢酸混合液100mL（不含其它酸或氧化劑），n（H⁺）=0.1L×2mol/L+0.1L×4mol/L×2=1mol，n（NO₃^-）=0.1L×2mol/L=0.2mol，n（SO₄^2-）=0.1L×4mol/L=0.4mol，3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，依據(jù)定量關(guān)系可知硝酸根離子全部反應(yīng)消耗氫離子0.8mol，銅0.3mol，所以生成硫酸銅晶體最多為0.3mol，最多能制備硫酸銅晶體（CuSO₄?5H₂O）的質(zhì)量=0.3mol×250g/mol=75g；
故答案為：75；

點(diǎn)評：本題借助硅孔雀石為原料制取硫酸銅的工藝流程，考查了銅及其化合物性質(zhì)分析判斷，化學(xué)方程式計(jì)算應(yīng)用，沉淀溶解原理的應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．