Question

16．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如下表所示．回答下列問題：

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

（1）孔雀石研磨的目的是增大固體表面積，從而增大反應速率．
（2）孔雀石的主要成分與足量稀鹽酸反應的化學方程式為Cu₂（OH）₂CO₃+4HCl=2CuCl₂+3H₂O+CO₂↑．
（3）使用上圖中“試劑1”的目的是將溶液中的Fe²⁺轉化為Fe³⁺，試劑B宜選用BD（填選項序號）．
A．酸性KMnO₄溶液     B．雙氧水             C．濃硝酸              D．氯水
（4）加入CuO作用是調節(jié)溶液pH，使Fe³⁺轉化為沉淀予以分離．則pH的范圍為3.2≤pH＜4.7．
（5）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入飽和食鹽水中，其中，應先通入氣體是F、NH₃（填代號及對應物質的化學式）．
（6）由溶液C獲得CuCl₂•3H₂O，需要經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等操作．
（7）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的目的是調節(jié)溶液的pH，使Fe ³⁺轉化為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⁺轉化為Fe³⁺且不能引進雜質，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的目的是調節(jié)溶液的pH，使Fe ³⁺轉化為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⁺轉化為Fe³⁺且不能引進雜質，應該選取雙氧水或氯水，
（1）反應物的接觸面積越大反應速率越大，所以孔雀石研磨的目的是增大固體表面積，從而增大反應速率，
故答案為：增大固體表面積，從而增大反應速率；
（2）孔雀石和稀鹽酸反應生成氯化銅、二氧化碳和水，反應方程式為Cu₂（OH）₂CO₃+4HCl=2CuCl₂+3H₂O+CO₂↑，
故答案為：Cu₂（OH）₂CO₃+4HCl=2CuCl₂+3H₂O+CO₂↑；
（3）“試劑1”的目的是將溶液中的Fe²⁺轉化為Fe³⁺，且不能引進雜質，故選BD；
（4）加入CuO作用是調節(jié)溶液pH，使Fe³⁺轉化為沉淀予以分離，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；
（5）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，故答案為：F、NH₃；
（6）從溶液中獲取晶體，應該采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、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；冷卻結晶；
（7）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=$\frac{c（{H}^{+}）^{2}}{c（C{u}^{2+}）}$=$\frac{（\frac{{K}_{w}}{c（O{H}^{-}）}）^{2}}{c（C{u}^{2+}）}$=$\frac{{{K}_{w}}^{2}}{c（C{u}^{2+}）．c（O{H}^{-}）^{2}}$=$\frac{{{K}_{w}}^{2}}{{K}_{sp}}$=$\frac{（1{0}^{-14}）^{2}}{2×1{0}^{-20}}$=5×10^-9，
故答案為：5×10^-9．

點評 本題考查物質制備及物質分離和提純，為高考高頻點，側重考查學生分析、計算及實驗操作能力，關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（7）的計算，要進行微粒之間的轉換，題目難度中等．