Question

17．銅在自然界存在于多種礦石中．
（Ⅰ）以硅孔雀石（主要成分為CuSiO₃•2H₂O，含少量SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃等雜質(zhì)）為原料制取硫酸銅的工藝流程如下：

已知：Fe³⁺、Cu²⁺和Fe²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)，溶液的pH分別為3.2、6.7和9.7．
（1）“溶浸”中CuSiO₃•2H₂O和H₂SO₄發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O．
（2）“溶浸”中，選取濃度為20% H₂SO₄為浸出劑，銅的浸出率與浸出時(shí)間的關(guān)系見圖2．由圖2可得，隨著浸出時(shí)間的增長(zhǎng)，銅的浸出率相應(yīng)增加；浸出時(shí)間超過(guò)24小時(shí)后，銅的浸出率變化不是很明顯（至少寫一條變化規(guī)律）．
（3）“除雜”中，加入MnO₂的作用是2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺（用離子方程式表示）．“除雜”中需在攪拌下加入石灰乳以調(diào)節(jié)溶液的pH到3～4，沉淀部分雜質(zhì)離子，分離得濾液．濾渣的主要成分為Fe（OH）₃．
（4）據(jù)報(bào)道：“生態(tài)馬路”是在鋪設(shè)時(shí)加入一定量的TiO₂，TiO₂受太陽(yáng)光照射后，產(chǎn)生的電子被空氣或水中的氧獲得，生成H₂O₂．H₂O₂能清除路面空氣中的C_xH_y、CO等，其主要是利用了H₂O₂的氧化性（填“氧化性”或“還原性”）．
（5）某研究小組用如圖3裝置模擬“生態(tài)馬路”的部分原理并測(cè)定CO的轉(zhuǎn)化效率（夾持裝置已略去）．
①B裝置中的藥品名稱為濃硫酸，若通入2.24L（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）CO氣體和足量空氣，最終測(cè)得裝置C增重1.1g，則CO的轉(zhuǎn)化率為25%．
②實(shí)驗(yàn)①中，當(dāng)CO氣體全部通入后，還要再通一會(huì)兒空氣，其目的是保證反應(yīng)過(guò)程中生成的CO₂全部被堿石灰吸收，減小實(shí)驗(yàn)誤差．

Answer 1

分析 硅孔雀石是一種含銅礦石，主要成分為CuSiO₃•2H₂O，含少量SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃等雜質(zhì)，硅孔雀石礦粉加入稀硫酸溶解，發(fā)生的反應(yīng)為：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O，F(xiàn)eCO₃、Fe₂O₃與硫酸反應(yīng)生成二價(jià)鐵和三價(jià)鐵離子，則浸出液中含有二價(jià)銅、二價(jià)鐵和三價(jià)鐵離子，加入MnO₂氧化亞鐵離子浸取后過(guò)濾，濾液A加入銅的化合物調(diào)節(jié)溶液PH=4使鐵離子全部沉淀，過(guò)濾得到濾液主要是硫酸銅溶液，通過(guò)蒸發(fā)濃縮蒸發(fā)，冷卻結(jié)晶得到硫酸銅晶體．
（1）“溶浸”中CuSiO₃•2H₂O和H₂SO₄發(fā)生生成硫酸銅、硅酸和水；
（2）根據(jù)圖象分析，隨著浸出時(shí)間的增長(zhǎng)，①銅的浸出率相應(yīng)增加；②浸出時(shí)間超過(guò)24小時(shí)后，銅的浸出率變化不是很明顯；
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康某�去鐵，則二氧化錳將二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵；根據(jù)pH到3～4Fe³⁺完全沉淀分析；
（4）C_xH_y、CO等具有還原性，H₂O₂具有強(qiáng)氧化性；
（5）①NaOH溶液增重11g為吸收的CO₂質(zhì)量，根據(jù)碳元素守恒可知，轉(zhuǎn)化率的CO的物質(zhì)的量等于CO₂的物質(zhì)的量為=$\frac{11g}{44g/mol}$=0.25mol；依據(jù)轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算得到；
②裝置中有殘留的二氧化碳?xì)怏w，通一會(huì)空氣的目的是趕凈裝置中 的二氧化碳被氫氧化鈉吸收，減少測(cè)定誤差．

解答 解：（1）“溶浸”中CuSiO₃•2H₂O和H₂SO₄發(fā)生生成硫酸銅、硅酸和水，方程式為：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O，
故答案為：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O；
（2）根據(jù)圖象變化趨勢(shì)，隨著浸出時(shí)間的增長(zhǎng)，①銅的浸出率相應(yīng)增加；②浸出時(shí)間超過(guò)24小時(shí)后，銅的浸出率變化不是很明顯，
故答案為：①銅的浸出率相應(yīng)增加；②浸出時(shí)間超過(guò)24小時(shí)后，銅的浸出率變化不是很明顯；
（3）因?yàn)橐獙㈣F轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵除去，則二氧化錳將二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵，離子方程式為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺；pH到3～4只有Fe³⁺完全沉淀，所以濾渣的主要成分為氫氧化鐵，
故答案為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺；Fe（OH）₃；
（4）C_xH_y、CO等具有還原性，H₂O₂具有強(qiáng)氧化性，H₂O₂能氧化C_xH_y、CO等，清除路面空氣中的C_xH_y、CO等，
故答案為：氧化性；
（5）①B裝置中可盛裝濃硫酸干燥氣體，22.4L（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）CO氣體的物質(zhì)的量為：n（CO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
堿石灰增重11g為吸收的CO₂質(zhì)量，根據(jù)碳元素守恒可知，轉(zhuǎn)化率的CO的物質(zhì)的量等于CO₂的物質(zhì)的量為：n（CO）=n（CO₂）=$\frac{1.1g}{44g/mol}$=0.025mol，所以CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.025mol}{0.1mol}$×100%=25%，
故答案為：濃硫酸；25%；
②裝置中有殘留的CO₂氣體，通一會(huì)空氣，將殘留在裝置中的CO₂氣體排出，以便被堿石灰吸收，從而減小誤差，
故答案為：保證反應(yīng)過(guò)程中生成的CO₂全部被堿石灰吸收，減小實(shí)驗(yàn)誤差．

點(diǎn)評(píng) 本題考查銅及其化合物的性質(zhì)、學(xué)生閱讀題目獲取信息能力、物質(zhì)分離提純等基本操作、對(duì)實(shí)驗(yàn)原理裝置的理解等，題目難度中等，要求學(xué)生要有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)和靈活應(yīng)用信息、基礎(chǔ)知識(shí)解決問(wèn)題的能力．