Question

6．孔雀石主要含Cu₂（OH）₂CO₃，還含少量鐵的化合物和硅的化合物．以孔雀石為原料可制備CuCl₂•3H₂O及純堿，流程如下圖．

且知：溶液A只含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺三種金屬離子，且三種離子沉淀的pH如表所示．回答下列問題：
（1）圖中“試劑1”為C1₂或H₂O₂．
（2）加入CuO作用是調(diào)節(jié)溶液pH，則pH的范圍為3.2≤pH＜4.7．

金屬離子		Fe3+	Fe2+	Cu2+
pH	氫氧化物開始沉淀	1.9	7.0	4.7
	氫氧化物完全沉淀	3.2	9.0	6.7

（3）氣體E、F與飽和食鹽水作用生成H和G時，E和F應按一定先后順序通人飽和食鹽水中．其中，應先通入氣體是F、NH₃（填代號對應物質(zhì)的化學式）．設計實驗檢驗氮肥H的主要成分：氮肥的主要成分為氯化銨．取氮肥少量溶于水，分于2試管中．向其中一試管加入濃氫氧化鈉并加熱，若產(chǎn)生能使?jié)駶櫦t色石蕊試紙變藍色的氣體，則氮肥中含有銨根離子；向另一試管中加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，則氮肥中含氯離子．寫出純堿溶液中元素守恒和電荷守恒的表達式：c（Na⁺）=2（c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）），c（H⁺）+c（Na⁺）=c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-）．
（4）由溶液C獲得CuCl₂•3H₂O，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等操作．
（5）已知：常溫下Cu（OH）₂的Ksp=2×10^-20．計算Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺反應平衡常數(shù)5×10^-9．

Answer 1

分析 向孔雀石中加入足量稀鹽酸，發(fā)生的反應有Cu₂（OH）₂CO₃+4HCl=2CuCl₂+3H₂O+CO₂↑，溶液A只含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺三種金屬離子，鐵的氧化物溶于稀鹽酸生成鐵鹽、亞鐵鹽和水，然后過濾得到的濾渣中含有Si的氧化物，溶液A中含有含有鐵鹽和亞鐵鹽及CuCl₂，氣體E為CO₂，將氣體CO₂、氣體F和飽和食鹽水混合得到氮肥H和物質(zhì)G，根據(jù)元素守恒知F為NH₃，氮肥H為NH₄Cl，加熱G得到純堿，則G為NaHCO₃；
向溶液A中加入試劑1得到溶液B，向溶液B中加入CuO并過濾得到濾液C和沉淀D，從溶液C中能得到CuCl₂.3H₂O，則沉淀D應該含有鐵元素，CuO的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe ³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，根據(jù)元素守恒知，B中含有Fe³⁺、Cu²⁺，則試劑1的目的是將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺且不能引進雜質(zhì)，應該選取雙氧水或氯水，據(jù)此分析解答．

解答 解：向孔雀石中加入足量稀鹽酸，發(fā)生的反應有Cu₂（OH）₂CO₃+4HCl=2CuCl₂+3H₂O+CO₂↑，溶液A只含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺三種金屬離子，鐵的氧化物溶于稀鹽酸生成鐵鹽、亞鐵鹽和水，然后過濾得到的濾渣中含有Si的氧化物，溶液A中含有含有鐵鹽和亞鐵鹽及CuCl₂，氣體E為CO₂，將氣體CO₂、氣體F和飽和食鹽水混合得到氮肥H和物質(zhì)G，根據(jù)元素守恒知F為NH₃，氮肥H為NH₄Cl，加熱G得到純堿，則G為NaHCO₃；
向溶液A中加入試劑1得到溶液B，向溶液B中加入CuO并過濾得到濾液C和沉淀D，從溶液C中能得到CuCl₂.3H₂O，則沉淀D應該含有鐵元素，CuO的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe ³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，根據(jù)元素守恒知，B中含有Fe³⁺、Cu²⁺，則試劑1的目的是將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺且不能引進雜質(zhì)，應該選取雙氧水或氯水，
（1）“試劑1”的目的是將溶液中的Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，且不能引進雜質(zhì)，可為Cl₂或H₂O₂，故答案為：Cl₂或H₂O₂；
（2）加入CuO作用是調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀予以分離，且不能沉淀氫氧化銅沉淀，所以pH取值范圍為3.2≤pH＜4.7，故答案為：3.2≤pH＜4.7；
（3）氣體E是二氧化碳、F是氨氣，碳酸酸性小于鹽酸，所以二氧化碳不溶于飽和氯化鈉溶液，氨氣極易溶于水，所以應該先通入F，為NH₃，增大二氧化碳的溶解，從而生成碳酸氫鈉和氯化銨，取氮肥少量溶于水，分于2試管中．向其中一試管加入濃氫氧化鈉并加熱，若產(chǎn)生能使?jié)駶櫦t色石蕊試紙變藍色的氣體，則氮肥中含有銨根離子；向另一試管中加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，則氮肥中含氯離子，純堿溶液中元素守恒和電荷守恒的表達式：c（Na⁺）=2（c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃））；c（H⁺）+c（Na⁺）=c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-），
故答案為：F、NH₃；氮肥的主要成分為氯化銨．取氮肥少量溶于水，分于2試管中．向其中一試管加入濃氫氧化鈉并加熱，若產(chǎn)生能使?jié)駶櫦t色石蕊試紙變藍色的氣體，則氮肥中含有銨根離子；向另一試管中加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，則氮肥中含氯離子；c（Na⁺）=2（c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃））；c（H⁺）+c（Na⁺）=c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-）．
（4）從溶液中獲取晶體，應該采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥的方法得到較純凈的晶體，故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（5）常溫下Cu（OH）₂的Ksp=2×10^-20，即c（Cu ²⁺）．c（OH^-）²=Ksp=2×10^-20，Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺反應平衡常數(shù)K=$\frac{c（H{\;}^{+}）{\;}^{2}}{c（Cu{\;}^{2+}）}$=$\frac{（\frac{K{\;}_{w}}{c（OH{\;}^{-}）}）{\;}^{2}}{c（Cu{\;}^{2+}）}$=$\frac{K{\;}_{w}{\;}^{2}}{c（Cu{\;}^{2+}）．c（OH{\;}^{-}）{\;}^{2}}$=$\frac{{K}_{w}{\;}^{2}}{K{\;}_{sp}}$=$\frac{（10{\;}^{-14}）{\;}^{2}}{2×10{\;}^{-20}}$=5×10^-9，
故答案為：5×10^-9．

點評 本題考查物質(zhì)制備及物質(zhì)分離和提純，為高考高頻點，側(cè)重考查學生分析、計算及實驗操作能力，關(guān)鍵是明確實驗原理及基本操作方法，知道流程圖中發(fā)生的反應及操作方法，難點是（5）的計算，要進行微粒之間的轉(zhuǎn)換，題目難度中等．