Question

13．某同學(xué)用工業(yè)硫酸銅（含硫酸亞鐵等雜質(zhì)）制備純凈的CuSO₄•5H₂O．工藝流程如下（部分操作和條件略）：
I．取工業(yè)硫酸銅固體，用稀硫酸溶解，過濾．
II．向?yàn)V液中滴加H₂O₂溶液，稍加熱．
III．向II的溶液中加入CuO粉末至pH=4．
IV．加熱煮沸，過濾，濾液用稀硫酸酸化至pH=1．
V．蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，得晶體．
已知部分陽離子生成氫氧化物的pH、K_sp（25℃）如下表：

物質(zhì)	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
開始沉淀時pH	2.7	7.6	4.7
完全沉淀時pH	3.7	9.6	6.7
Ksp	4.0×10-38	8.0×10-16	2.2×10-20

（1）II中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）II中將Fe²⁺氧化為Fe³⁺的目的是在調(diào)節(jié)在pH=4時，只將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀除去，而不會使Cu²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀．
（3）用K₃[Fe（CN）₆]（鐵氰化鉀）驗(yàn)證II中Fe²⁺是否轉(zhuǎn)化完全的現(xiàn)象是若有藍(lán)色沉淀生說，說明Fe²⁺沒有完全轉(zhuǎn)化；若沒有藍(lán)色沉淀生成，說明Fe²⁺已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化．
（4）III中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Fe³⁺+3CuO+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Cu²⁺．
通過計算說明在此條件下的溶液中Fe³⁺是否沉淀完全（提示：當(dāng)溶液中某離子濃度小于1.0×10^-5 mol•L^-1時可認(rèn)為該離子沉淀完全）．
（5）應(yīng)用化學(xué)平衡移動原理解釋IV中“濾液用稀硫酸酸化”的原因用稀硫酸酸化至PH=1，可以抑制Cu²⁺在加熱過程中水解，以獲得純凈的硫酸銅晶體
（6）V中獲得晶體的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶．

Answer 1

分析 （1）滴加H₂O₂能將亞鐵離子氧化為三價鐵離子便于除去，且不引入雜質(zhì)，據(jù)此書寫方程式；
（2）滴加H₂O₂溶液，稍加熱，目的是氧化亞鐵離子為三價鐵離子便于除去，且不引入雜質(zhì)，待反應(yīng)完全后，慢慢加入CuO粉末，攪拌，以控制溶液pH=4，根據(jù)題給離子沉淀的PH范圍可知，目的是讓三價鐵離子完全沉淀，銅離子不沉淀；
（3）亞鐵離子和鐵氰化鉀溶液反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀；
（4）操作I中用稀硫酸溶解，所以CuO與酸反應(yīng)，促進(jìn)三價鐵反發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀；
（5）為了抑制Cu²⁺在加熱過程中水解，Ⅳ中“濾液用稀硫酸酸化；
（6）由硫酸銅溶液獲得硫酸銅晶體的方法為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．

解答 解：（1）滴加H₂O₂能將亞鐵離子氧化為三價鐵離子便于除去，過氧化氫為氧化劑，二價鐵為還原劑，所以反應(yīng)為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）除去亞鐵離子得到純凈的硫酸銅溶液，根據(jù)沉淀PH范圍可知，應(yīng)先把亞鐵離子轉(zhuǎn)化為三價鐵離子，再控制PH，開始沉淀pH2.7，完全沉淀pH3.7，使之完全沉淀，所以滴加H₂O₂溶液目的是氧化亞鐵離子為三價鐵離子，再慢慢加入CuO粉末，攪拌，以控制溶液pH=4，目的是在pH=4時銅離子不沉淀，三價鐵離子沉淀完全，
故答案為：在調(diào)節(jié)在pH=4時，只將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀除去，而不會使Cu²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀；
（3）亞鐵離子和鐵氰化鉀溶液反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀，這是亞鐵離子的特征反應(yīng)，驗(yàn)證Ⅱ中Fe²⁺是否轉(zhuǎn)化完全的現(xiàn)象是滴加K₃[Fe（CN）₆]若有藍(lán)色沉淀生說，說明Fe²⁺沒有完全轉(zhuǎn)化；若沒有藍(lán)色沉淀生成，說明Fe²⁺已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化，
故答案為：若有藍(lán)色沉淀生說，說明Fe²⁺沒有完全轉(zhuǎn)化；若沒有藍(lán)色沉淀生成，說明Fe²⁺已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化；
（4）操作I中加硫酸，向II的溶液中加入CuO粉末至pH為4，CuO和酸反應(yīng)CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，促進(jìn)三價鐵離子水解，所以總反應(yīng)為2Fe³⁺+3CuO+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Cu²⁺，故答案為：2Fe³⁺+3CuO+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Cu²⁺；
（5）銅離子水解溶液呈酸性，加酸能抑制銅離子水解，所以Ⅳ中“濾液用稀硫酸酸化”目的抑制Cu²⁺在加熱過程中水解，以獲得純凈的硫酸銅晶體，
故答案為：用稀硫酸酸化至PH=1，可以抑制Cu²⁺在加熱過程中水解，以獲得純凈的硫酸銅晶體；
（6）由硫酸銅溶液獲得硫酸銅晶體的方法為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶．

點(diǎn)評 本題考查了銅的化合物的性質(zhì)、制備、提純除雜，利用題給信息，應(yīng)用難溶物質(zhì)在不同PH溶液中沉淀的程度不同進(jìn)行除雜分離的步驟和原理，同時考查了實(shí)驗(yàn)基本操作，題目難度中等．