Question

某工廠的電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物．為實(shí)現(xiàn)資源的回收利用并有效防止環(huán)境污染，設(shè)計(jì)如下工藝流程：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
開始沉淀的pH	2.3	7.6	4.4
完全沉淀的pH	3.2	9.7	6.4

（1）酸浸后加入H₂O₂的目的是

 

．調(diào)節(jié)溶液的pH，你認(rèn)為pH的最佳調(diào)控范圍是

 

．調(diào)pH步驟中加入的試劑最好是

 

（填化學(xué)式）．實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過濾操作所用到的玻璃儀器有

 

．
（2）煮沸CuSO₄溶液的原因是

 

．向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃，可以生成白色的CuCl沉淀，寫出該反應(yīng)的離子方程式

 

．
（3）CuCl產(chǎn)品中CuCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于96.50%為國家合格標(biāo)準(zhǔn)．稱取所制備的CuCl樣品2.000g置于一定量的0.5mol?L^-1FeCl₃溶液中，待樣品完全溶解后，加水至250mL，取25.00mL于錐形瓶，用0.1000mol?L^-1的Ce（SO₄）₂溶液滴定，重復(fù)三次，到達(dá)滴定終點(diǎn)時平均消耗Ce（SO₄）₂溶液20.00mL．有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)為：
Fe³⁺+CuCl═Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-，Ce⁴⁺+Fe²⁺═Fe³⁺+Ce³⁺，則錐形瓶中的溶液濃度為

 

；該CuCl樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

，與國家標(biāo)準(zhǔn)相比較即可得出該樣品是否合格．（相對原子質(zhì)量  Cu-64  Cl-35.5）
（4）25℃時，K_SP[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38．Fe³⁺發(fā)生水解反應(yīng)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

．

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：（1）根據(jù)雙氧水的性質(zhì)分析，雙氧水有氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)；
調(diào)節(jié)溶液的pH，保證銅離子不能形成沉淀，同時鐵離子完全沉淀；
根據(jù)除去溶液中的酸且不引進(jìn)新的雜質(zhì)分析所加的試劑；
根據(jù)過濾操作的原理、使用的儀器進(jìn)行分析解答即可；
（2）過氧化氫加熱到易分解，CuSO₄中+2價(jià)的銅具有氧化性能氧化Na₂SO₃中+4價(jià)的硫；
（3）根據(jù)關(guān)系式CuCl～～～Fe²⁺～～～Ce⁴⁺ 計(jì)算n（CuCl），錐形瓶中的溶液溶液所含n（Fe²⁺）=n（Cu²⁺）=n（CuCl），帶入c=

n

V

計(jì)算濃度，根據(jù)m=nM計(jì)算m（CuCl），計(jì)算0.200g樣品CuCl中含有CuCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，進(jìn)行比較判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)；
（4）依據(jù)平衡常數(shù)的概念結(jié)合反應(yīng)寫出計(jì)算式計(jì)算平衡濃度解答；

解答： 解：（1）電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物，酸浸后主要是溶解銅、鐵等金屬化合物，雙氧水有強(qiáng)氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)，F(xiàn)e²⁺具有還原性，酸浸后加入H₂O₂，F(xiàn)e²⁺能被雙氧水氧化為鐵離子，便于調(diào)整pH值與Cu²⁺分離；
當(dāng)溶液的pH值4.4時，銅離子開始出現(xiàn)沉淀，當(dāng)溶液的pH值為3.2時，三價(jià)鐵離子沉淀完全，銅離子未產(chǎn)生沉淀，調(diào)節(jié)溶液的pH，保證銅離子不能形成沉淀，同時鐵離子完全沉淀，因此pH的最佳調(diào)控范圍是3.2～4.4；
調(diào)pH步驟中加入的試劑最好是加入某種物質(zhì)除去溶液中的酸且不引進(jìn)新的雜質(zhì)，所以要加入CuO或Cu（OH）₂或CuCO₃；
要使三價(jià)鐵離子和銅離子分離，過濾操作用到的儀器有鐵架臺、漏斗、燒杯、玻璃棒等；其中屬于玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，便于調(diào)整pH與Cu²⁺分離；3.2～4.4；CuO或Cu（OH）₂或CuCO₃；漏斗、燒杯、玻璃棒；
（2）過氧化氫性質(zhì)比較穩(wěn)定，若加熱到153℃便猛烈的分解為水和氧氣，將溶液中過量的H₂O₂ 除去可加熱至沸避免影響下一步CuCl的生成，因?yàn)镃uSO₄中+2價(jià)的銅能把Na₂SO₃中+4價(jià)的硫氧化成+6價(jià)的硫，向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃時生成白色的CuCl沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：2Cl^-+2Cu²⁺+SO₃^2-═2CuCl↓+SO₄^2-+2H⁺，
故答案為：除凈溶液中的H₂O₂，避免影響下一步CuCl的生成；2Cl^-+2Cu²⁺+SO₃^2-═2CuCl↓+SO₄^2-+2H⁺；
（3）設(shè)樣品中CuCl的物質(zhì)的量為x，由滴定實(shí)驗(yàn)及化學(xué)反應(yīng)方程式可知：
CuCl～～～Fe²⁺～～～Ce⁴⁺ 
1                  1
n（CuCl）        0.02L×0.1000 mol/L
n（CuCl）=0.02L×0.1000 mol/L=0.002mol，
錐形瓶中的溶液溶液所含n（Fe²⁺）=n（Cu²⁺）=n（CuCl）=0.002mol，
則錐形瓶中的溶液濃度為

0.002mol

0.025L

=0.08000mol?L^-1；
則樣品中CuCl的物質(zhì)的量x=0.002mol×10=0.02mol，
樣品中CuCl的質(zhì)量m（CuCl）=0.0 2mol×99.5 g/mol=1.99g，
該CuCl樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

1.99g

2.000g

×100%=99.5%，
CuCl產(chǎn)品中CuCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于96.50%為國家合格標(biāo)準(zhǔn)，99.5%＞96.50%，因此符合國家標(biāo)準(zhǔn)；
故答案為：0.08000mol?L^-1；99.5%；符合；
（4）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（H⁺）=

10-14

c(OH-)

，F(xiàn)e³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常數(shù)K=

c3(H+)

c(Fe3+)

═

10-42

c(Fe3+)?c3(OH-)

=2.5×10^-5，
故答案為：2.5×10^-5．

點(diǎn)評：本題是一道實(shí)驗(yàn)探究題，考查了常見物質(zhì)分離的方法、滴定計(jì)算等，注意實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)原理和步驟利用關(guān)系式計(jì)算，依據(jù)已有的知識結(jié)合物質(zhì)間反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行物質(zhì)成分的推斷，是解答的關(guān)鍵，平時注意打好扎實(shí)的基礎(chǔ)知識和靈活應(yīng)用知識解決問題的能力培養(yǎng)，題目難度中等．