Question

7．氧化銅礦石含有CuO和Cu₂（OH）₂CO₃，還含有Fe₂O₃、FeO和SiO₂等．銅、鐵是畜禽所必需的微量元素．某飼料廠聯(lián)合生產(chǎn)硫酸銅和硫酸亞鐵工藝流程如圖1：

（1）氧化銅礦石粉碎的目的是增大接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率．氧化時加入的KMnO₄的作用是做氧化劑．
（2）寫出“酸浸”中Cu₂（OH）₂CO₃發(fā)生反應(yīng)的離子方程式Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑．
（3）“中和/過濾”中加入CaCO₃的目的是適當(dāng)降低溶液的酸性，使Fe³⁺水解成沉淀而除出．
（4）流程中多處涉及“過濾”，實驗室中過濾操作需要使用的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗．
（5）加入鐵屑的作用是使母液中Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺、除去Cu²⁺、提高硫酸亞鐵晶體的純度．
（6）表和圖2“烘干粉碎”的試驗結(jié)果．
硫酸銅晶體（CuSO₄•5H₂O）干燥實驗表

序號	t/h	t/℃	m/g	x
1	3	80	5	4
2	3	160	10	1
3	4	160	10	0.8
4	4	160	5	0
5	5	80	5	3
6	5	160	15	1

表中，m為CuSO₄•5H₂O晶體的質(zhì)量，x為干燥后所得晶體中結(jié)晶水的個數(shù)．據(jù)此可確定由CuSO₄•5H₂O和FeSO₄•7H₂O脫水得流程中所示產(chǎn)品的適宜工藝條件分別為160℃、3h，125（±5）℃、4.0h（分別指出兩條件的溫度和時間）．

Answer 1

分析 氧化銅礦石含有CuO和Cu₂（OH）₂CO₃，還含有Fe₂O₃、FeO和SiO₂等，加入硫酸酸浸得到溶液，加入高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子為鐵離子，加入碳酸鈣中和過量酸過濾，濾液蒸發(fā)結(jié)晶、分離烘干粉碎得到硫酸銅晶體，得到濾渣酸浸、過濾、洗滌，加入鐵屑置換還原得到銅氧化焙燒得到氧化銅重新酸浸循環(huán)利用，濾液蒸發(fā)結(jié)晶、分離烘干粉碎得到硫酸亞鐵晶體，
（1）反應(yīng)物的接觸面積與反應(yīng)速率成正比；
（2）堿式碳酸銅和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、水和二氧化碳；
（3）碳酸鈣和酸反應(yīng)而使溶液酸性降低，利于鐵生成氫氧化鐵沉淀；
（4）根據(jù)各儀器的作用選取儀器；
（5）鐵能和銅離子、鐵離子反應(yīng)；
（6）根據(jù)表2、圖1產(chǎn)物與溫度、時間的關(guān)系分析．

解答 解：（1）反應(yīng)物的接觸面積與反應(yīng)速率成正比，將氧化銅礦石粉碎，增大了反應(yīng)物的接觸面積，加快了反應(yīng)速率，氧化時加入的KMnO₄的作用是氧化劑，
故答案為：增大接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率；做氧化劑；
（2）堿式碳酸銅和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、水和二氧化碳，離子方程式為：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑，
故答案為：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑；
（3）碳酸鈣和酸反應(yīng)生成鹽和水，降低了溶液的酸性，從而時鐵離子水解生成沉淀而除去，
故答案為：適當(dāng)降低溶液的酸性，使Fe³⁺水解成沉淀而除出；
（4）實驗室中過濾操作需要使用的玻璃儀器有盛放溶液的燒杯，起引流作用的玻璃棒，過濾作用的漏斗，
故答案為：玻璃棒、漏斗；
（5）母液中含有鐵離子和銅離子，鐵能和鐵離子、銅離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成亞鐵離子和銅單質(zhì)，從而提高硫酸亞鐵晶體的純度，
故答案為：使母液中Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺、除去Cu²⁺，提高硫酸亞鐵晶體的純度；
（6）由CuSO₄•5H₂O脫水得CuSO₄•H₂O結(jié)合表2知，要想得到目標(biāo)產(chǎn)物，適宜的溫度和時間分別是160℃、3h，
由FeSO₄•7H₂O脫水得FeSO₄•3H₂O結(jié)合圖1知，要想得到目標(biāo)產(chǎn)物，溫度和時間分別是125（±5）℃、4.0h，
故答案為：160℃、3h，125（±5）℃、4.0h．

點評 本題考查了制備實驗方案設(shè)計，涉及知識點較多，明確物質(zhì)的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，難點是（6）中溫度和時間的選取，明確圖表的含義即可得出正確結(jié)論，同時考查學(xué)生分析問題和解決問題的能力，題目難度中等．