Question

10．孔雀石主要含Cu₂（OH）₂CO₃，還含少量Fe、Si的化合物．某工廠以孔雀石為主要原料制備CuSO₄•5H₂O及納米材料G，主要步驟如下：

已知該條件下，通過調節溶液的酸堿性而使Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺沉淀完全．Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺開始沉淀及完全沉淀的pH分別如下：

物質	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的pH
Fe（OH）3	2.2	3.2
Fe（OH）2	7.6	9.6
Cu（OH）2	4.7	6.4

請回答下列問題：
（1）孔雀石主要成分Cu₂（OH）₂CO₃與稀硫酸反應的化學方程式為Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑．
（2）溶液A的金屬離子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺．要檢驗其中的Fe²⁺應選擇下列試劑中的a（填序號）．
a．KMnO₄         b．NaOH          C．H₂O₂          d．KSCN
（3）試劑①是一種氧化劑，加入該氧化劑的作用是將溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺（以便在Cu（OH）₂沉淀之前，通過調節溶液pH使Fe（OH）₃沉淀完全）；
（4）向溶液B中加入試劑②的化學式為CuO或Cu（OH）₂或CaCO₃ 或Cu₂（OH）₂CO₃．
（5）氣體E和氣體F應該先通入CaCl₂溶液中的是NH₃（填化學式）．寫出制備G和H的化學反應方程式2NH₃+CO₂+CaCl₂+H₂O═CaCO₃↓+2NH₄Cl．
（6）欲測定溶液A中Fe²⁺的濃度，可用KMnO₄標準溶液滴定，反應中MnO₄^-還原為Mn²⁺，則該反應的離子方程式為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．取A溶液20.00mL，用去0.0240mol/L KMnO₄溶液16.00mL時，恰好達到滴定終點，則A溶液中Fe²⁺濃度為0.0960mol/L．

Answer 1

分析 孔雀石主要含Cu₂（OH）₂CO₃，還含少量Fe、Si的化合物，向孔雀石中加入足量稀硫酸，發生的反應有Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑，Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，硅和稀硫酸不反應，溶液A只含Cu²⁺、Fe²⁺兩種金屬離子，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硫酸銅，氣體E為CO₂、H₂，通入氨氣，2NH₃+CO₂+CaCl₂+H₂O═CaCO₃↓+2NH₄Cl，制備氯化銨，向溶液A中加入試劑①得到溶液B，試劑①是一種氧化劑，將Fe²⁺轉化為Fe³⁺且不能引進雜質，可選取雙氧水，向溶液B中加入試劑②經過操作Ⅰ得到溶液C和紅褐色沉淀D，則操作Ⅰ為過濾，D為Fe（OH）₃，以及過量的試劑，溶液C為硫酸銅溶液，所以為試劑②為CuO或Cu（OH）₂或CaCO₃ 或Cu₂（OH）₂CO₃，據此答題．
（1）堿式碳酸銅能與稀硫酸反應生成硫酸銅、水和二氧化碳；
（2）Fe²⁺具有還原性，可使高錳酸鉀溶液褪色，高錳酸鉀溶液與Cu²⁺、Fe³⁺不反應，NaOH 與Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺都反應，無法鑒別，H₂O₂ 與Fe²⁺反應無明顯現象，Fe²⁺與KSCN不反應；
（3）試劑①是一種氧化劑，將Fe²⁺轉化為Fe³⁺且不能引進雜質，以便在Cu（OH）₂沉淀之前，通過調節溶液pH使Fe（OH）₃沉淀完全；
（4）溶液B加入CuO調節溶液pH值，使Fe³⁺的水解生成氫氧化鐵沉淀而除去，調節溶液的PH，除去鐵離子雜質；
（5）根據流程圖知，生成的氣體E為二氧化碳、氫氣，制取銨鹽需通氨氣，根據侯氏制堿法原理分析；
（6）氧化還原反應中失電子的元素化合價升高，得電子的元素化合價降低，化合價降低數目=化合價升高數目=轉移的電子數目，Fe²⁺溶液與KMnO₄溶液發生氧化還原反應，反應中MnO₄^-被還原為Mn²⁺，結合原子守恒和電荷守恒配平書寫；根據MnO₄^-～5Fe²⁺，計算A溶液中Fe²⁺濃度．

解答 解：（1）堿式碳酸銅為堿式鹽能與稀硫酸反應：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑，生成硫酸銅、水和二氧化碳，
故答案為：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑；
（2）Fe²⁺具有還原性，可被酸性高錳酸鉀溶液氧化而使高錳酸鉀溶液褪色，與KSCN不反應，加入氫氧化鈉溶液可生成氫氧化鐵、氫氧化銅沉淀而不能檢驗Fe²⁺，雙氧水，雙氧水是一種綠色試劑，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，但無明顯現象，只有a正確，
故答案為：a；
（3）試劑①是一種氧化劑，將Fe²⁺轉化為Fe³⁺且不能引進雜質，可選取雙氧水，以便在Cu（OH）₂沉淀之前，通過調節溶液pH使Fe（OH）₃沉淀完全，
故答案為：將溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺（以便在Cu（OH）₂沉淀之前，通過調節溶液pH使Fe（OH）₃沉淀完全）
（4）在溶液B中加CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等調節溶液的pH使Fe³⁺完全沉淀，且不引入新的雜質，根據表中數據，Fe³⁺完全沉淀時PH的范圍是2.2～3.2，
故答案為：CuO或Cu（OH）₂或CaCO₃ 或Cu₂（OH）₂CO₃；
（5）根據流程圖知，生成的氣體E為二氧化碳、氫氣，在氯化鈣溶液中通入氣體F為氨氣制備碳酸鈣納米材料，因為二氧化碳不與氯化鈣溶液反應，同時二氧化碳在水中的溶解度很小，因此，要先向氯化鈣溶液中加入氨水或通入氨氣，在堿性溶液中通入二氧化碳，增加二氧化碳的溶解度，從而生成碳酸鈣，反應方程式為：2NH₃+CO₂+CaCl₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄Cl，
故答案為：NH₃；2NH₃+CO₂+H₂O+CaCl₂→CaCO₃↓+2NH₄Cl；
（6）Fe²⁺溶液與KMnO₄溶液發生氧化還原反應，反應中MnO₄^-被還原為Mn²⁺，最小公倍數為5，所以KMnO₄前系數為1，Fe²⁺前系數為5，反應的離子方程式為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，根據離子方程可知MnO₄^-～5Fe²⁺，用去 KMnO₄的物質的量為16.00mL×0.0240mol/L=3.84×10^-4mol，所以A溶液中Fe²⁺濃度為$\frac{3.84×1{0}^{-4}mol×5}{0.02L}$=0.096mol/L，
故答案為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；0.096mol/L．

點評 本題考查以孔雀石為主要原料制備CuSO₄•5H₂O及納米材料，為高頻考點和常見題型，側重于學生的分析、實驗和計算能力得到考查，注意把握實驗的原理以及物質的性質，為解答該類題目的關鍵，注意掌握實驗基本操作和流程分析，題目難度中等．