Question

10．膽礬是一種常見的化合物，工業上它也是一種制取其它含銅化合物的原料．現有廢銅（主要雜質為Fe）來制備膽礬．有人設計了如下流程：

pH值控制可參考下列數據

物  質	開始沉淀時的pH值	完全沉淀時的pH值
氫氧化鐵	2.7	3.7
氫氧化亞鐵	7.6	9.6
氫氧化銅	5.2	6.4

請根據上述流程回答下列問題：
（1）A物質可選用b（填字母）．
a．稀H₂SO₄b．濃H₂SO₄/△c．濃FeCl₃溶液     d．濃HNO₃
（2）Ⅰ中加H₂O₂的目的將Fe²⁺氧化為Fe³⁺．
（3）Ⅱ中加Cu₂（OH）₂CO₃的目的是中和過量的硫酸，調節溶液的pH，使Fe³⁺水解完全而沉淀；其優點是不引入新的雜質．
（4）Ⅲ加熱煮沸時發生的化學反應的離子方程式為Fe³⁺+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（OH）₃↓+3H⁺．
（5）V中加H₂SO₄調節pH=1是為了抑制Cu²⁺的水解．
（6）V到Ⅵ的操作是蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾
（7）某工程師認為上述流程中所加的A物質并不理想，需作改進，其理由是會產生SO₂，會對污染環境，硫酸的利用率低．如何改進可以向稀硫酸中不斷通氧氣（或者加H₂O₂）并加熱．

Answer 1

分析 廢銅（主要雜質為Fe）來制備膽礬的流程：將金屬全部溶解，再將存在的亞鐵離子氧化為鐵離子，再結合Cu²⁺開始沉淀時的pH值，Fe轉化為Fe（OH）₃更容易除去．加入H₂O₂，目的是將二價鐵轉化為三價鐵，在III中調節溶液pH值，在這個過程中加了Cu₂（OH）₂CO₃，目的應是調節溶液的酸堿性，所以這里加Cu₂（OH）₂CO₃中和過量的硫酸，控制好溶液的pH值為3.7，剛好此時溶液中三價鐵正全轉化為Fe（OH）₃．當三價鐵沉淀完全后，再進行過濾，濾液中剩余的陽離子主要有Cu²⁺，陰離子有SO₄^2-，再加硫酸，調節溶液pH值=1，目的是抑制Cu²⁺的水解，再分別進行蒸發、冷卻、結晶后，最終得到產品膽礬，據此答題．

解答 解：廢銅（主要雜質為Fe）來制備膽礬的流程：將金屬全部溶解，再將存在的亞鐵離子氧化為鐵離子，再結合Cu²⁺開始沉淀時的pH值，可以Fe最終轉化為Fe（OH）₃更容易除去，保證銅離子不會沉淀，不能引進雜質離子，加入H₂O₂，目的是將二價鐵轉化為三價鐵，在III中調節溶液pH值，在這個過程中加了Cu₂（OH）₂CO₃，目的應是調節溶液的酸堿性，所以這里加Cu₂（OH）₂CO₃中和過量的硫酸，控制好溶液的pH值為3.7，剛好此時溶液中三價鐵正全轉化為Fe（OH）₃．當三價鐵沉淀完全后，再進行過濾，濾液中剩余的陽離子主要有Cu²⁺，陰離子有SO₄^2-，再加硫酸，調節溶液pH值=1，目的是抑制Cu²⁺的水解，再分別進行蒸發、冷卻、結晶后，最終得到產品膽礬．
（1）A可選用濃H₂SO₄、加熱，稀硫酸不能溶解Cu，而濃FeCl₃溶液、濃HNO₃會引入雜質，
故答案為：b；
（2）H₂O₂與Fe²⁺發生氧化還原反應，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺后，調節pH，更容易除去，所以Ⅰ中加H₂O₂的目的將亞鐵離子氧化為鐵離子，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（3）在III中調節溶液pH值，在這個過程中加了Cu₂（OH）₂CO₃，這里加Cu₂（OH）₂CO₃中和過量的硫酸，控制好溶液的pH值為3.7，剛好此時溶液中三價鐵正全轉化為Fe（OH）₃，并且不引入新的雜質，
故答案為：中和過量的硫酸，調節溶液的pH，使Fe³⁺水解完全而沉淀；不引入新的雜質；
（4）Ⅲ加熱煮沸時，促進鐵離子水解，可以得到氫氧化鐵沉淀，發生的化學反應的離子方程式為：Fe³⁺+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（OH）₃↓+3H⁺，
故答案為：Fe³⁺+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（OH）₃↓+3H⁺；
（5）V中加H₂SO₄調節pH=1是為了抑制Cu²⁺的水解，
故答案為：抑制Cu²⁺的水解；
（6）從硫酸銅溶液中獲得硫酸銅晶體可以經過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾的方法，
故答案為：蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾；
（7）Cu與濃硫酸反應過程中會產生SO₂，會對污染環境，這樣會使硫酸的利用率低，所以可以向稀硫酸中不斷通氧氣（或者加H₂O₂）并加熱，
故答案為：會產生SO₂，會對污染環境，硫酸的利用率低；可以向稀硫酸中不斷通氧氣（或者加H₂O₂）并加熱．

點評 本題是一道實驗方案的設計題，考查學生物質的制備、除雜等方面的綜合知識，注意知識的靈活應用是關鍵，難度中等．