Question

4．孔雀石主要含Cu₂（OH）₂CO₃，還含少量FeO、SiO₂．以孔雀石為原料可制備CuSO₄•5H₂O步驟如下：

（1）寫出孔雀石與稀硫酸反應的化學方程式：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑，
為了提高原料浸出速率，可采取的措施有增加硫酸濃度、將原料粉碎、提高反應溫度，加催化劑等（寫出兩條）．
（2）．溶液A的金屬離子有Cu²⁺、Fe²⁺．實驗步驟中試劑①最佳選c（填代號）．
a．KMnO₄      b．Cl₂      c．H₂O₂      d．HNO₃
（3）溶液B中加入CuO作用是調pH值，（或減少c（H⁺），）使Fe³⁺沉淀完全．
（4）常溫下Fe（OH）₃的K_sp=1×10^-39，若要將溶液中的Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，使溶液中c（Fe³⁺）降低至1×10^-3mol/L，必需將溶液pH調節至2．
（5）由溶液C獲得CuSO₄•5H₂O晶體，需要經蒸發濃縮（或加熱蒸發、蒸發溶液）、冷卻結晶和過濾．
（6）可用KMnO₄標準溶液測定溶液A中Fe²⁺的濃度，量取A溶液20.00ml，用0.010mol/L酸性KMnO₄標準溶液滴定，消耗KMnO₄10.00ml，A溶液中Fe²⁺的物質的量濃度0.025mol/L．（反應原理：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O）

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，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）堿式碳酸銅為堿式鹽能與稀硫酸反應，依據影響化學反應速率的因素分析判斷；
（2）雙氧水是一種綠色試劑，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，但無明顯現象；
（3）在溶液B中加CuO調節溶液的pH使Fe³⁺完全沉淀，且不引入新的雜質；
（4）依據溶度積常數計算氫氧根離子濃度，結合離子積常數計算氫離子濃度得到溶液PH；
（5）溶液中得到溶質的方法是經蒸發濃縮（或加熱蒸發、蒸發溶液），冷卻結晶、過濾，得到溶質；
（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，結合原子守恒和電荷守恒配平寫出離子方程式，結合定量關系計算亞鐵離子濃度．

解答 解：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，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，
（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，為了提高原料浸出速率，可采取的措施有增加硫酸濃度、將原料粉碎、提高反應溫度，加催化劑等，
故答案為：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑；增加硫酸濃度、將原料粉碎、提高反應溫度，加催化劑等；
（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c正確，
故答案為：c；
（3）在溶液B中加CuO調節溶液的pH使Fe³⁺完全沉淀，且不引入新的雜質，
故答案為：調pH值，（或減少c（H⁺），）使Fe³⁺沉淀完全；
（4）常溫下Fe（OH）₃的K_sp=1×10^-39，使溶液中c（Fe³⁺）=1×10^-3mol/L，則c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×10{\;}^{-39}}{1×10{\;}^{-3}}}$mol/L=1×10^-12mol/L，所以溶液中c（H⁺）=1×10^-2mol/L，則pH=2，
故答案為：2；
（5）CuSO₄•5H₂O晶體，在高溫時易失去水，所以從溶液中獲得CuSO₄•5H₂O晶體，需要經蒸發濃縮（或加熱蒸發、蒸發溶液），冷卻結晶、過濾，
故答案為：蒸發濃縮（或加熱蒸發、蒸發溶液）、冷卻結晶；
（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10.00mL×0.010mol/L=1.0×10^-4mol，所以A溶液中Fe²⁺濃度為$\frac{1.0×10{\;}^{-4}mol×5}{0.02L}$=0.025mol/L，
故答案為：0.025．

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．