Question

8．某礦樣含有大量的CuS、少量鐵的氧化物及少量其它不溶于酸的雜質(zhì)．某化學(xué)課外小組設(shè)計(jì)如圖流程，取該礦樣為原料生產(chǎn)CuC1₂•2H₂O 晶體．

已知：常溫下，金屬離子開(kāi)始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH 如表．

金屬 離子	氫氧化物開(kāi)始沉淀的pH	氫氧化物沉淀完全的pH
Fe2+	7.0	9.0
Fe3+	1.9	3.2
Cu2+	4.7	6.7

回答下列問(wèn)題：
（l）步驟①的焙燒過(guò)程中需要通入氧氣．在實(shí)驗(yàn)室中，可使用常見(jiàn)化學(xué)物質(zhì)利用如圖所示裝置制取氧氣，試寫(xiě)出熟悉的符合上述條件的兩個(gè)化學(xué)方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂ ↑、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑．
（2）焙燒產(chǎn)生的尾氣中含有的一種氣體是形成酸雨的污染物，若將尾氣通入氨水中，能發(fā)生多個(gè)反應(yīng)，寫(xiě)出其中可能發(fā)生的兩個(gè)氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式：2（NH₄）₂SO₃+O₂═2（NH₄）₂SO₄、2NH₄HSO₃+O₂═2NH₄HSO₄．
（3）步驟②酸浸過(guò)程中，需要用到3mol•L^-1的鹽酸100mL，配制該鹽酸溶液時(shí)，除了用到燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還需要的儀器有100ml的容量瓶，量筒．
（4）步驟④加入物質(zhì)X的目的是控制溶液的pH，使Fe³⁺以沉淀的形式全部沉淀，物質(zhì)X 可以選用下列物質(zhì)中的D．
（A）氫氧化鈉�。˙）稀鹽酸　（C）氨水�。―）氧化銅
（5）當(dāng)溶液中金屬離子濃度低于1×10^-5 mol•L^-1時(shí)，認(rèn)為該金屬離子沉淀完全，則K_sp[Fe（OH）₂]=1×10^-15．

Answer 1

分析 礦樣含有大量的CuS、少量鐵的氧化物及少量其它不溶于酸的雜質(zhì)，在氧氣中焙燒，產(chǎn)生二氧化硫尾氣，得到的固體為銅、鐵的氧化物，用酸浸過(guò)濾，得濾液中含有銅離子和鐵離子，在濾液中加入X調(diào)節(jié)溶液的PH值，使鐵離子水解產(chǎn)生沉淀而除去，為了不引入新的雜質(zhì)，可用氧化銅，故X為氧化銅，過(guò)濾得氯化銅溶液，將溶液進(jìn)行濃縮結(jié)晶可得氯化銅晶體，
（1）步驟①的焙燒過(guò)程中需要通入氧氣，裝置是快速制氧氣的裝置，所以分液漏斗中加入錐形瓶中發(fā)生反應(yīng)生成氧氣；
（2）二氧化硫中的硫?yàn)?4價(jià)，具有還原性，空氣中的氧氣具有氧化性；
（3）配制該鹽酸溶液時(shí)，除了用到燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還需要的儀器依據(jù)配制溶液的步驟；
（4）步驟④加入物質(zhì)X的目的是控制溶液的PH，使Fe³⁺以沉淀的形式全部沉淀，物質(zhì)X是和溶液中酸反應(yīng)調(diào)節(jié)溶液PH，但不能引入新的雜質(zhì)；
（5）根據(jù)題意，溶液中PH值在9.0時(shí)，亞鐵離子沉淀完全，根據(jù)K_sp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）•c²（OH^-）計(jì)算．

解答 解：（1）步驟①的焙燒過(guò)程中需要通入氧氣，裝置是快速制氧氣的裝置，所以分液漏斗中加入錐形瓶中發(fā)生反應(yīng)生成氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂ ↑、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂ ↑、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；
（2）將尾氣通入氨水中，尾氣中的SO₂與氨水反應(yīng)，氨水少量時(shí)：SO₂+NH₃•H₂O=NH₄HSO₃；氨水過(guò)量時(shí)：SO₂+2NH₃•H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O，生成的鹽中硫的化合價(jià)為+4價(jià)，遇氧化劑氧氣能升高到+6價(jià)，
故答案為：2（NH₄）₂SO₃+O₂═2（NH₄）₂SO₄；2NH₄HSO₃+O₂═2NH₄HSO₄；
（3）配制該鹽酸溶液時(shí)，除了用到燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還需要的儀器有100ml的容量瓶，量筒；故答案為：100ml的容量瓶，量筒；
（4）步驟④加入物質(zhì)X的目的是控制溶液的PH，使Fe³⁺以沉淀的形式全部沉淀，物質(zhì)X是和溶液中酸反應(yīng)調(diào)節(jié)溶液PH，但不能引入新的雜質(zhì)，所以：
A、加入氫氧化鈉后，引入鈉離子雜質(zhì)，故A不符合；
B、稀鹽酸引入了氯離子，故B不符合；
C、氨水加入引入銨根離子，故C不符合；
D、氧化銅難溶于水，加入到溶液中和酸反應(yīng)調(diào)節(jié)pH，使三價(jià)鐵離子全部沉淀，且不引入雜質(zhì)，故D符合；
故選D．
故答案為：控制溶液的pH，使Fe³⁺以沉淀的形式全部沉淀；D；
（5）根據(jù)題意，溶液中PH值在9.0時(shí)，亞鐵離子沉淀完全，此時(shí)溶液中c（OH^-）=1×10^-5 mol/L，c（Fe²⁺）=1×10^-5 mol•L^-1，所以K_sp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）•c²（OH^-）=1×10^-5×（1×10 ^-5）² =1×10^-15，故答案為：1×10^-15．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系和物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用，主要考查物質(zhì)分離的流程分析和原理利用，溶液配制，防倒吸的選擇，實(shí)驗(yàn)基本操作的判斷．