Question

15．已知孔雀石的主要成分為Cu₂（OH）₂CO₃，還含少量FeO、SiO₂．現(xiàn)以孔雀石為原料制備CuSO₄•5H₂O．

（1）實驗步驟中試劑①最佳選擇a（填代號），
a．H₂O₂      b．Cl₂      c．KMnO₄      d．HNO₃
請寫出其對應的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）溶液B中加入CuO作用是調(diào)節(jié)pH值，使Fe³⁺完全轉化為Fe（OH）₃沉淀．
（3）由溶液C獲得CuSO₄•5H₂O晶體，需要經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶和過濾．
（4）25℃，F(xiàn)e（OH）₃的K_sp=1×10^-38，若要將溶液中的Fe³⁺沉淀完全，必需調(diào)節(jié)溶液pH＞3．
（5）實驗室用惰性電極電解500ml的CuSO₄溶液一段時間后，撤去電源，若加入0.2mol Cu（OH）₂恰好使電解液恢復到原來狀態(tài)，則電解過程中轉移電子的物質(zhì)的量為0.8mol，原CuSO₄溶液的物質(zhì)的量濃度為0.4mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）（2）（3）孔雀石用稀硫酸溶液，發(fā)生反應：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+CO₂↑+3H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O，氣體E為CO₂，溶液A中含有CuSO₄、FeSO₄及未反應的H₂SO₄，溶液C可以得到硫酸銅晶體，則溶液A中加入氧化劑將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再用CuO調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀過濾除去，為防止引入新雜化，試劑①為H₂O₂．溶液C經(jīng)過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等得到硫酸銅晶體；
（4）溶液中c（Fe³⁺）=10^-5mol/L時，溶液中的Fe³⁺沉淀完全，根據(jù)K_sp（Fe（OH）₃）=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=1×10^-38計算溶液中c（OH^-），再結合Kw計算溶液中c（H⁺），根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計算；
（5）開始電池總反應式為：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，相當于析出CuO，銅離子放電完畢，電池反應式為：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，若加入0.2mol Cu（OH）₂恰好使電解液恢復到原來狀態(tài)，Cu（OH）₂改寫為CuO•H₂O，則析出Cu為0.2mol，生成氫氣為0.2mol，進而計算轉移電子，根據(jù)Cu原子守恒計算硫酸銅溶液物質(zhì)的量濃度．

解答 解：孔雀石用稀硫酸溶液，發(fā)生反應：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+CO₂↑+3H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O，氣體E為CO₂，溶液A中含有CuSO₄、FeSO₄及未反應的H₂SO₄，溶液C可以得到硫酸銅晶體，則溶液A中加入氧化劑將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再用CuO調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀過濾除去，為防止引入新雜化，試劑①為H₂O₂．溶液C經(jīng)過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等得到硫酸銅晶體．
（1）由上述分析可知，試劑①是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，且不能引入雜雜質(zhì)，最佳試劑為過氧化氫，反應離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：a；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）溶液B中加入CuO作用是：調(diào)節(jié)pH值，使Fe³⁺完全轉化為Fe（OH）₃沉淀，
故答案為：調(diào)節(jié)pH值，使Fe³⁺完全轉化為Fe（OH）₃沉淀；
（3）由溶液C獲得CuSO₄•5H₂O晶體，需要經(jīng) 蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶和過濾等操作，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；
（4）溶液中c（Fe³⁺）=10^-5mol/L時，溶液中的Fe³⁺沉淀完全，根據(jù)K_sp（Fe（OH）₃）=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=1×10^-38，可知溶液中c（OH^-）=10^-11mol/L，則c（H⁺）=10^-3mol/L，此時溶液pH=-lg10^-3=3，故必需調(diào)節(jié)溶液pH＞3，
故答案為：3；
（5）開始電池總反應式為：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，相當于析出CuO，銅離子放電完畢，電池反應式為：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，若加入0.2mol Cu（OH）₂恰好使電解液恢復到原來狀態(tài)，Cu（OH）₂改寫為CuO•H₂O，則析出Cu為0.2mol，生成氫氣為0.2mol，轉移電子為0.2mol×2+0.2mol×2=0.8mol，根據(jù)Cu原子守恒，可知硫酸銅為0.2mol，則原硫酸銅溶液物質(zhì)的量濃度為$\frac{0.2mol}{0.5L}$=0.4mol/L，
故答案為：0.8；0.4．

點評 本題考查物質(zhì)制備工藝流程、溶度積有關計算、電解原理計算等，掌握物質(zhì)分離提純方法，（5）中關鍵是明確發(fā)生的反應，較好的考查學生分析計算能力，難度中等．