Question

16．孔雀石主要成分是Cu₂（OH）₂CO₃，還含少量FeCO₃及Si的化合物，實驗室以孔雀石為原料制備硫酸銅晶體的步驟如下：

（1）步驟Ⅰ中涉及的反應用離子方程式表示為Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+CO₂↑+3H₂O，FeCO₃+2H⁺=Fe²⁺+CO₂↑+H₂O．
（2）步驟Ⅱ中試劑①是b（填代號）．
a．KMnO₄　　　　　b．H₂O₂         c．Fe粉          d．KSCN
（3）步驟Ⅲ加入CuO的目的是消耗酸使溶液pH升高，便于Fe³⁺形成沉淀除去．
（4）步驟Ⅳ獲得硫酸銅晶體，需要經過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾等操作．
（5）孔雀石與焦炭一起加熱可以生成Cu及其它無毒物質，寫出該反應的化學方程式Cu₂（OH）₂CO₃+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+2CO₂↑+H₂O．
（6）測定硫酸銅晶體（CuSO₄•xH₂O）中結晶水的x值：稱取2.4g硫酸銅晶體，加熱至質量不再改變時，稱量粉末的質量為1.6g．則計算得x=4.4（計算結果精確到0.1）．

Answer 1

分析 孔雀石的主要成分為Cu₂（OH）₂CO₃，還含少量FeCO₃、Si的化合物，加入稀硫酸反應后生成二氧化碳氣體，過濾得到二氧化硅固體，得到濾液1為硫酸銅、硫酸亞鐵溶液，“除雜”時先通入足量過氧化氫將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，得到溶液2為硫酸銅、硫酸鐵溶液，再加入CuO固體調節溶液pH，沉淀鐵離子生成氫氧化鐵沉淀；過濾得到濾液為硫酸銅溶液，濾液3為硫酸銅溶液，通過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到硫酸銅晶體；
（1）孔雀石的主要成分為Cu₂（OH）₂CO₃，還含少量FeCO₃、Si的化合物，步驟Ⅰ中涉及的反應是Cu₂（OH）₂CO₃和FeCO₃與硫酸發生復分解反應生成二氧化碳，
（2）步驟Ⅱ中加入試劑①的目的是氧化亞鐵離子為鐵離子，便于除去，所加試劑能和亞鐵離子反應且不能引入新的雜質；
（3）步驟Ⅲ加入CuO目的是調節溶液的PH使鐵離子全部沉淀；
（4）溶液中得到溶質的方法是蒸發濃縮冷卻結晶、過濾洗滌；
（5）孔雀石與焦炭一起加熱可以生成Cu、二氧化碳和水，依據原子守恒配平書寫化學方程式；
（6）稱量粉末的質量為1.6g為硫酸銅質量，受熱前后質量變化為結晶水的質量，結合化學方程式CuSO₄•xH₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+xH₂O計算x．

解答 解：孔雀石的主要成分為Cu₂（OH）₂CO₃，還含少量FeCO₃、Si的化合物，加入稀硫酸反應后生成二氧化碳氣體，過濾得到二氧化硅固體，得到濾液1為硫酸銅、硫酸亞鐵溶液，“除雜”時先通入足量過氧化氫將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，得到溶液2為硫酸銅、硫酸鐵溶液，再加入CuO固體調節溶液pH，沉淀鐵離子生成氫氧化鐵沉淀；過濾得到濾液為硫酸銅溶液，濾液3為硫酸銅溶液，通過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到硫酸銅晶體；
（1）孔雀石的主要成分為Cu₂（OH）₂CO₃，還含少量FeCO₃、Si的化合物，步驟Ⅰ中涉及的反應是Cu₂（OH）₂CO₃和FeCO₃與硫酸發生復分解反應生成二氧化碳，反應的化學方程式為：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+CO₂↑+3H₂O，FeCO₃+2H⁺=Fe²⁺+CO₂↑+H₂O；
故答案為：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+CO₂↑+3H₂O，FeCO₃+2H⁺=Fe²⁺+CO₂↑+H₂O；
（2）步驟Ⅱ中加入試劑①的目的是氧化亞鐵離子為鐵離子，便于沉淀除去，所加試劑能和亞鐵離子反應且不能引入新的雜質，
a．KMnO₄溶液加入后，能氧化亞鐵離子，但會引入鉀離子、錳離子，故a不符合；　　　　
b．加入H₂O₂會氧化亞鐵離子為鐵離子，過氧化氫被還原為水，不引入雜質，故b符合；       
c．Fe粉不能氧化亞鐵離子，故c不符合；          
d．加入KSCN溶液結合鐵離子形成絡合物，不能氧化亞鐵離子，亞鐵離子的存在會干擾硫酸銅晶體的析出，故d不符合；
故答案為：b；
（3）步驟Ⅲ加入CuO目的是和酸反應，調節溶液的PH使鐵離子全部沉淀，故答案為：消耗酸使溶液pH升高，便于Fe³⁺形成沉淀除去；
（4）操作Ⅳ是溶液中得到溶質的方法是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌；
故答案為：加熱濃縮；冷卻結晶；
（5）孔雀石與焦炭一起加熱可以生成Cu、二氧化碳和水，依據原子守恒配平書寫得到的化學方程式為：Cu₂（OH）₂CO₃+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 2Cu+2CO₂↑+H₂O；
故答案為：Cu₂（OH）₂CO₃+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 2Cu+2CO₂↑+H₂O；
（6）稱取2.4g硫酸銅晶體，加熱至質量不再改變時，稱量粉末的質量為1.6g為硫酸銅質量，n（CuSO₄）物質的量=$\frac{1.6g}{160g/mol}$=0.01mol，受熱質量減少2.4g-1.6g=0.8g，水的物質的量=$\frac{0.8g}{18g/mol}$=0.044mol；
CuSO₄•xH₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+xH₂O
              1     x
         0.01mol    0.044mol
 x=4.4
故答案為：4.4．

點評 本題考查了物質分離方法和提純的應用，主要是物質性質的理解應用，掌握實驗基本操作和流程分析是關鍵，題目難度中等．