Question

14．粗CuO是將工業廢銅、廢電線及廢銅合金高溫焙燒而成的，雜質主要是鐵的氧化物及泥沙，以粗CuO為原料制備CuSO₄•5H₂O的主要步驟如下圖所示：

已知：Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺轉化為氫氧化物時，開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表：

	Fe3+	Fe2+	Cu2+
氫氧化物開始沉淀時的pH	1.9	7.0	4.7
氫氧化物沉淀完全時的pH	3.2	9.0	6.7

（1）寫出CuO溶解時的離子方程式CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O．濾渣②的成分是Fe（OH）₃．
（2）加入3% H₂O₂之前需將熱溶液冷卻，其目的是防止雙氧水分解；加入H₂O₂后，發生反應的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）加入2mol/L氨水后，溶液的pH應在3.2～4.7范圍內．
（4）經過操作Ⅰ得到粗膽礬，經過操作Ⅱ得到精制膽礬．兩步操作相同，都包括蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等步驟．其中“洗滌”的目的是洗去表面的雜質離子．

Answer 1

分析 在粗CuO中加入硫酸生成硫酸銅、硫酸鐵、硫酸亞鐵等物質，經操作I得到粗膽礬，然后加入過氧化氫，將亞鐵離子氧化為鐵離子，使之在銅離子之前沉淀，加氨水調節pH值目的是讓三價鐵離子沉淀，但是銅離子不沉淀，然后調節溶液pH1～2之間可得到純凈的硫酸銅溶液，經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，可以得到膽礬晶體．
（1）氧化銅和硫酸反應生成硫酸銅和水，濾渣②的成分是氫氧化鐵；
（2）雙氧水具有氧化性，在加熱條件下會發生分解反應生成水以及氧氣；過氧化氫與Fe²⁺發生氧化還原反應；
（3）調節pH的范圍應使Fe³⁺完全沉淀而Cu²⁺不生成沉淀，由表中數據可知應調節pH介于3.2～4.7之間；
（4）根據溶液得到晶體的方法：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，洗滌、干燥，洗滌洗去表面的雜質離子．

解答 解：（1）氧化銅和硫酸反應CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，離子反應為：CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，在粗CuO中加入硫酸生成硫酸銅、硫酸鐵、硫酸亞鐵等物質，經操作I得到粗膽礬，然后加入過氧化氫，將亞鐵離子氧化為鐵離子，使之在銅離子之前沉淀，加氨水調節pH值目的是讓三價鐵離子沉淀，但是銅離子不沉淀，所以濾渣②的成分是氫氧化鐵，
故答案為：CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O；Fe（OH）₃；
（2）雙氧水具有氧化性，可以將亞鐵離子氧化為鐵離子，在加熱條件下雙氧水會發生分解反應生成水以及氧氣，過氧化氫與Fe²⁺發生氧化還原反應，反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：防止雙氧水分解；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）根據流程和目的，加氨水調節pH值目的是讓三價鐵離子沉淀，但是銅離子不沉淀，根據表中的數據，三價鐵離子沉淀完全的pH是3.2，銅離子開始沉淀的pH為4.7，所以調節的pH范圍是3.2～4.7，
故答案為：3.2～4.7；
（4）經操作Ⅰ得到粗膽礬，經操作Ⅱ得到精制膽礬，兩步操作都包括蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等步驟，其中“洗滌”的目的是洗去表面的雜質離子，如銨根離子，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；洗去表面的雜質離子．

點評 本題考查物質的制備實驗方案的設計，側重于學生的分析能力、實驗能力和計算能力的考查，為高考常見題型，注意根據流程圖把握實驗的原理和物質分離提純的操作方法，題目難度中等．