19.以某含銅礦石[主要成分為FeCu4SiO3(OH)4,含少量SiO2、CuCO2]為原料,制備CuSO4•5H2O的流程如圖:

已知:i.溶液中離子濃度小于等于1.0×10-5mol•L-1時(shí),認(rèn)為該離子沉淀完全;
ii.相關(guān)試劑成分和價(jià)格如表1所示;
iii.25℃時(shí),該流程中金屬離子生成氫氧化物時(shí),開(kāi)始沉淀和沉淀完全的pH如表2所示.
表1
試劑 成分 價(jià)格/(元•噸-1) 
 漂液 含25.2% NaClO450 
 雙氧水 含30% H2O2 2400
 濃硝酸 含98% HNO3 1500
表2
氫氧化物 開(kāi)始沉淀的pH  沉淀完全的pH
 Fe(OH)2 7.6 9.6
 Fe(OH)3 2.7 3.7
 Cu(OH)2 4.0 6.5
請(qǐng)回答:
(1)FeCu4SiO3(OH)4用氧化物的形式可表示為FeO•4CuO•SiO2•2H2O;
(2)結(jié)合題中信息,所選用的試劑1的名稱(chēng)為漂液,加入該試劑時(shí),所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為ClO-+2Fe2++2H+=Cl-+2Fe3++H2O;
(3)加入試劑2,需調(diào)節(jié)溶液的pH的合理范圍為3.7≤pH<4.0,試劑2可以選擇下列物質(zhì)中的BC(填字母)
A.Cu  B.CuO   C.Cu(OH)2  D.Fe
(4)25℃時(shí),Cu(OH)2  的溶度積常數(shù)Ksp[Cu(OH)2]=1.0×10-20;
(5)CuSO4•5H2O溶液可用于電解精煉銅,電解精煉銅時(shí),導(dǎo)線中通過(guò)9.632×104C的電量,理論上陰極質(zhì)量增加32g(已知:1個(gè)電子的電量為1.6×10-19C)

分析 制備CuSO4•5H2O的流程:含銅礦石[主要成分為FeCu4SiO3(OH)4,含少量SiO2、CuCO3],F(xiàn)eCu4SiO3(OH)4中銅為+2價(jià),鐵為+2價(jià),用氧化物的形式可表示為FeO•4CuO•SiO2•2H2O,二氧化硅與硫酸不反應(yīng),用稀硫酸溶液,發(fā)生反應(yīng):Cu2(OH)2CO3+2H2SO4=2CuSO4+CO2↑+3H2O、FeO+H2SO4=FeSO4+H2O,溶液1中含有CuSO4、FeSO4及未反應(yīng)的H2SO4,溶液3可以得到硫酸銅晶體,則溶液1中加入氧化劑將Fe2+氧化為Fe3+,再用試劑2CuO調(diào)節(jié)溶液pH,使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀過(guò)濾除去,為防止引入新雜化,試劑①為漂液.溶液3經(jīng)過(guò)加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌等得到硫酸銅晶體.
(1)硅酸鹽由鹽的書(shū)寫(xiě)改寫(xiě)為氧化物的形式即改寫(xiě)的一般方法歸納為:堿性氧化物、兩性氧化物、酸性氧化物、水(xMO•nSiO2•mH2O).注意:①氧化物之間以“•”隔開(kāi);②系數(shù)配置出現(xiàn)的分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù);
(2)依據(jù)圖表數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)效益分析,具有氧化性的漂液符合條件,在酸溶液中氧化亞鐵離子為鐵離子,根據(jù)氧化還原反應(yīng)和離子方程式的書(shū)寫(xiě)方法書(shū)寫(xiě)離子方程式;
(3)加入試劑2,需調(diào)節(jié)溶液的pH使Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀予以分離,且不能引入新的雜質(zhì),加入CuO或氫氧化銅,根據(jù)調(diào)節(jié)溶液的pH,使Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀予以分離,且不能沉淀氫氧化銅沉淀這一要求選擇PH范圍;
(4)根據(jù)溶度積表達(dá)式為離子的濃度的冪次方之積來(lái)進(jìn)行書(shū)寫(xiě),Cu(OH)2的溶度積表達(dá)式是Ksp=c(Cu2+)•c2(OH- );
(5)電解精煉銅時(shí),陽(yáng)極電極反應(yīng)式為Cu-2e-=Cu 2+、陰極反應(yīng)式為Cu2++2e-=Cu,根據(jù)轉(zhuǎn)移的電子物質(zhì)的量計(jì)算理論上陰極增加的質(zhì)量.

解答 解:(1)硅酸鹽由鹽的書(shū)寫(xiě)改寫(xiě)為氧化物的形式:金屬氧化物在前(活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物),非金屬氧化物在后,若同一元素有變價(jià),那么低價(jià)在前,高價(jià)在后,H2O一般寫(xiě)在最后,F(xiàn)eCu4SiO3(OH)4中銅為+2價(jià),鐵為+2價(jià),用氧化物的形式可表示為FeO•4CuO•SiO2•2H2O,
故答案為:FeO•4CuO•SiO2•2H2O;
(2)根據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒,氧化1molFe2+,需次氯酸鈉、過(guò)氧化氫、硝酸的物質(zhì)的量分別為0.5mol、0.5mol、1mol,質(zhì)量分別為37.25g、17g、63g,根據(jù)提供的原料價(jià)格可以看出,費(fèi)用分別為37.25g÷25.2%×450元÷106g=0.067元,17g÷30%×2400元÷106g=0.136元,63g÷98%×1500元÷106g=0.096元,故選漂液可以節(jié)約成本,引入的離子不干擾后續(xù)生產(chǎn),加入該試劑時(shí),反應(yīng)的離子方程為:ClO-+2Fe2++2H+=Cl-+2Fe3++H2O,
故答案為:漂液;ClO-+2Fe2++2H+=Cl-+2Fe3++H2O;
(3)加入試劑2,需調(diào)節(jié)溶液的pH使Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀予以分離,且不能沉淀氫氧化銅沉淀,且不引入新的雜質(zhì),加入CuO或氫氧化銅,氫氧化物完全沉淀:Fe3+沉淀完全的pH為3.7,氫氧化物開(kāi)始沉淀Cu2+pH為4.0,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3.7≤pH<4.0,
故答案為:3.7≤pH<4.0;BC;
(4)由表中的信息可知,25℃時(shí),Cu2+完全沉淀,C(Cu2+)=1.0×10-5mol/L,溶液的PH=6.5,C(OH-)=10-7.5mol/L,溶度積表達(dá)式為離子的濃度的冪次方之積,所以Cu(OH)2的溶度積表達(dá)式是Ksp=c(Cu2+)•c2(OH- )=1.0×10-5mol/L×(10-7.5mol/L)2=1.0×10-20
故答案為:1.0×10-20;
(5)電解精煉銅時(shí),導(dǎo)線中通過(guò)9.632×104C的電量,轉(zhuǎn)移的電子物質(zhì)的量為:$\frac{9.632×1{0}^{4}}{1.6×1{0}^{-19}×6.02×1{0}^{23}}$=1mol,陰極反應(yīng)式為Cu2++2e-=Cu,則理論上陰極質(zhì)量增加0.5mol×64g/mol=32g,
故答案為:32g.

點(diǎn)評(píng) 本題考查CuSO4•5H2O制備及物質(zhì)分離和提純,為高考高頻點(diǎn),側(cè)重考查學(xué)生分析、計(jì)算及實(shí)驗(yàn)操作能力,關(guān)鍵是明確實(shí)驗(yàn)原理及基本操作方法,知道流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及操作方法是解答的關(guān)鍵,題目難度中等.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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14.設(shè)NA為阿伏伽德羅常數(shù)的數(shù)值.下列有關(guān)敘述正確的是( 。
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11.室溫下,將一元酸HA的溶液和KOH溶液等體積混合(忽略體積變化),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表:
實(shí)驗(yàn)編號(hào)起始濃度/mol•L-1反應(yīng)后溶液的pH
c(HA)c(KOH)
0.10.19
X0.27
下列判斷不正確的是(  )
A.實(shí)驗(yàn)①反應(yīng)后的溶液中:c(K+)>c(A-)>c(OH-)>c(H+
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:填空題

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