Question

以下是25℃時幾種難溶電解質的溶解度：

難溶電解質	Mg（OH）2	Cu（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
溶解度/g	9×10-4	1.7×10-6	1.5×10-4	3.0×10-9

在無機化合物的提純中，常利用難溶電解質的溶解平衡原理除去某些雜質離子．例如：
①為了除去氯化銨中的雜質Fe³⁺，先將混合物溶于水，再加入一定量的試劑反應，過濾結晶即可；
②為了除去氯化鎂晶體中的雜質Fe³⁺，先將混合物溶于水，加入足量的氫氧化鎂，充分反應，過濾結晶即可；
③為了除去硫酸銅晶體中的雜質Fe²⁺，先將混合物溶于水，加入一定量的H₂O₂，將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，調節(jié)溶液的pH=4，過濾結晶即可．
請回答下列問題：
（1）①中加入的試劑應該選擇

 

為宜，其原因是

 

．
（2）②中除去Fe³⁺所發(fā)生的總反應的離子方程式為

 

．
（3）下列與方案③相關的敘述中，正確的是

 

（填字母）．
A．H₂O₂是綠色氧化劑，在氧化過程中不引進雜質，不產生污染
B．將Fe²⁺氧化為Fe³⁺的主要原因是Fe（OH）₂沉淀比Fe（OH）₃沉淀較難過濾
C．調節(jié)溶液pH=4可選擇的試劑是氫氧化銅或堿式碳酸銅
D．Cu²⁺可以大量存在于pH=4的溶液中
E．在pH＞4的溶液中Fe³⁺一定不能大量存在
（4）甲同學懷疑調整至溶液pH=4是否能達到除去Fe³⁺而不損失Cu²⁺的目的，乙同學認為可以通過計算確定，他查閱有關資料得到如下數據，常溫下Fe（OH）₃的溶度積K_sp=8.0×10^-38，Cu（OH）₂的溶度積K_sp=3.0×10^-20，通常認為殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol?L^-1時就認為沉淀完全，設溶液中CuSO₄的濃度為3.0mol?L^-1，則Cu（OH）₂開始沉淀時溶液的pH為

 

，F(xiàn)e³⁺完全沉淀時溶液的pH為

 

．

Answer 1

考點：難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：電離平衡與溶液的pH專題

分析：①中為了不引入其他雜質離子，應加氨水使Fe³⁺沉淀，而不能用氫氧化鈉溶液；
②中根據溶解度表可知Mg（OH）₂易轉化為Fe（OH）₃，因此在氯化鎂溶液中加入足量的Mg（OH）₂可除去Fe³⁺；
③由于Fe（OH）₂的溶解度大于Fe（OH）₃，所以一般將Fe²⁺先氧化成Fe³⁺，再調節(jié)溶液的pH=4，形成Fe（OH）₃沉淀；
（1）用氫氧化鈉溶液，會引入新的雜質，沉淀表面含鈉離子和氫氧根離子，需洗滌沉淀；
（2）根據題干信息結合難溶電解質的溶解度進行分析出反應物和生成物；
（3）A．根據H₂O₂是綠色氧化劑，在氧化過程中不引進雜質、不產生污染；
B．根據Fe（OH）₂的溶解度大于Fe（OH）₃，形成Fe（OH）₂沉淀Fe²⁺沉淀不完全；
C．原來溶液是酸性較強，加入氫氧化銅或堿式碳酸銅可以與H⁺反應．H⁺反應后，PH增大，當PH=4的時候，F(xiàn)e（OH）₃完全沉淀，而Cu²⁺還沒沉淀，加入氫氧化銅或堿式碳酸銅是固體，不會引入新的雜質；
D．pH=4的溶液中，Cu²⁺可以大量存在，而氫氧化銅或堿式碳酸銅是固體，不會引入新的雜質；
E．在pH＞4的溶液中Fe³⁺全部以Fe（OH）₃完全沉淀；
（4）依據氫氧化銅飽和溶液中溶度積常數計算溶液中的氫離子濃度計算pH；

解答： 解：（1）①用氫氧化鈉溶液，會引入新的雜質，沉淀表面含鈉離子和氫氧根離子，為了不引入其它雜質離子，應加氨水使Fe³⁺沉淀，
故答案為：氨水；不引入雜質；
（2）②中根據溶解度表可知Mg（OH）₂易轉化為Fe（OH）₃，因此在氯化鎂溶液中加入足量的Mg（OH）₂可除去Fe³⁺：2Fe³⁺+3Mg（OH）₂=3Mg²⁺+2Fe（OH）₃；
故答案為：2Fe³⁺+3Mg（OH）₂=3Mg²⁺+2Fe（OH）₃；
（3）A．根據H₂O₂是綠色氧化劑，在氧化過程中被還原成水，不引進雜質、不產生污染，故A正確；
B．根據Fe（OH）₂的溶解度大于Fe（OH）₃，形成Fe（OH）₂沉淀Fe²⁺沉淀不完全，故B錯誤；
C．原來溶液是酸性較強，加入氫氧化銅或堿式碳酸銅可以與H⁺反應．H⁺反應后，PH增大，當PH=4的時候，F(xiàn)e（OH）₃完全沉淀，而Cu²⁺還沒沉淀．而氫氧化銅或堿式碳酸銅是固體，不會引入新的雜質，故C正確；
D．氫氧化銅或堿式碳酸銅與H⁺反應，H⁺反應后，PH增大，當PH=4的時候，F(xiàn)e（OH）₃完全沉淀，而Cu²⁺還沒沉淀，以Cu²⁺形式存在，而氫氧化銅或堿式碳酸銅是固體，不會引入新的雜質，故D正確；
E．在pH＞4的溶液中Fe³⁺全部以Fe（OH）₃完全沉淀，F(xiàn)e³⁺一定不能大量存在，故E正確；
故選：ACDE；
（4）Cu（OH）₂的溶度積K_sp=3.0×10^-20，溶液中CuSO₄的濃度為3.0mol?L^-1，c（Cu²⁺）=3.0mol?L^-1；
依據溶度積常數c（Cu²⁺）×c²（OH^-）=

3×10-20

3.0

=3.0×10^-20 ；c²（OH^-）=

3×10-20

3.0

=10^-20；
得到c（OH^-）=10^-10mol/L，
依據水溶液中的離子積c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14；c（H⁺）=10^-4mol/L，溶液pH=4，
則Cu（OH）₂開始沉淀時溶液的pH為4；
殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol?L^-1時就認為沉淀完全，Cu（OH）₂的溶度積K_sp=3.0×10^-20，c（Cu²⁺）×c²（OH^-）=3.0×10^-20；c²（OH^-）=

3×10-20

1×10-5

=3.0×10^-15；
求得c（OH^-）=5.47×10^-8mol/L；
水溶液中的離子積c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14；c（H⁺）=1.83×10^-7mol/L，
則pH=6.7；
故答案為：4；6.7；

點評：本題主要考查了沉淀轉化的原理應用，除雜的原理應用，主要是溶解沉淀的轉化關系的分析應用和計算，有關鐵的除雜，掌握鐵的化合物的性質靈活運用題目信息是解題的關鍵，題目難度中等．