Question

12．硫酸銅是一種應用極其廣泛的化工原料．以下是某工廠用含鐵廢銅為原料生產膽礬（CuSO₄•5H₂O）的生產流程示意圖：

膽礬和石膏在不同溫度下的溶解度（g/100g水）見表．

溫度（℃）	20	40	60	80	100
石膏	0.32	0.26	0.15	0.11	0.07
膽礬	32	44.6	61.8	83.8	114

請回答下列問題：
（1）紅棕色濾渣的主要成分是Fe（OH）₃；
（2）寫出浸出過程中生成硫酸銅的化學方程式3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
（3）操作I的操作溫度應該控制在100℃左右；
（4）從溶液中分離出硫酸銅晶體的操作II應為冷卻結晶、過濾 洗滌、干燥；
（5）反應產物中的NO可以循環使用，試僅用一個化學方程式表示NO轉化為HNO₃：4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃．

Answer 1

分析 含鐵的廢銅為原料加入稀硫酸和稀硝酸的混合溶液，溶解后得到浸出液，在浸出液中主要含有Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺、SO₄^2-，加入石灰漿調節溶液PH沉淀鐵離子，過濾得到紅褐色濾渣為氫氧化鐵沉淀，依據石膏和藍礬的溶解度，控制100°C，濾液中析出石膏，濾液中主要為硫酸銅，通過加熱蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，干燥得到硫酸銅晶體；
（1）由工藝流程圖轉化關系可知，紅褐色濾渣的主要成分為氫氧化鐵．
（2）由工藝流程圖轉化關系可知，由于硫酸的存在，酸過量，硝酸全起氧化劑作用，酸為稀溶液，生成硫酸銅、NO、水．
（3）由表中溶解度關系可知，膽礬溶解度隨溫度升高增大，而石膏的溶解度隨溫度升高降低，所以應控制在較高的溫度，物質分離較完全，制備的膽礬較純．
（4）從溶液中分離出硫酸銅晶體應為將熱溶液冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
（5）一氧化氮循環使用可以利用一氧化氮和氧氣再水溶液中反應生成硝酸，重新使用．

解答 解：含鐵的廢銅為原料加入稀硫酸和稀硝酸的混合溶液，溶解后得到浸出液，在浸出液中主要含有Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺、SO₄^2-，加入石灰漿調節溶液PH沉淀鐵離子，過濾得到紅褐色濾渣為氫氧化鐵沉淀，依據石膏和藍礬的溶解度，控制100°C，濾液中析出石膏，濾液中主要為硫酸銅，通過加熱蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，干燥得到硫酸銅晶體；
（1）由工藝流程圖轉化關系可知，浸出液中加入石灰漿調節pH值，鐵離子轉化為Fe（OH）₃沉淀析出，紅褐色濾渣的主要成分為Fe（OH）₃，故答案為：Fe（OH）₃；
（2）由于硫酸的存在，且酸過量，硝酸全起氧化劑作用，酸為稀溶液，生成硫酸銅、NO、水，反應方程式為3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
（3）由表中溶解度關系可知，膽礬溶解度隨溫度升高增大，而石膏的溶解度隨溫度升高降低，所以應控制在較高的溫度，溫度應該控制在100℃，制備的膽礬相對較純，
故答案為：100；
（4）從溶液中分離出硫酸銅晶體應為將熱溶液冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，故答案為：冷卻結晶、過濾；
（5）一氧化氮氣體有毒污染空氣不能排放到大氣中，可以利用一氧化氮和氧氣在水溶液中吸收生成硝酸循環使用反應的化學方程式4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃，故答案為：4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃．

點評 本題考查學生對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息能力、物質分離提純等基本操作、作圖能力等，難度中等，要求學生要有扎實的實驗基礎知識和靈活應用信息、基礎知識解決問題的能力．