Question

1．硅孔雀石是一種含銅的礦石，含銅形態為CuCO₃•Cu（OH）₂和CuSiO₃•2H₂O，同時含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、Al₂O₃等雜質．以硅孔雀石為原料制取硫酸銅的工藝流程如圖：

請回答下列問題：
（1）完成步驟①中稀硫酸與CuSiO₃•2H₂O發生反應的化學方程式
CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄═CuSO₄+H₄SiO₄+H₂O；
用離子方程式表示雙氧水的作用2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（2）步驟②調節溶液pH選用的最佳試劑是B
A．Fe₂O₃  B．CuO    C．Al₂O₃      D．NH₃•H₂O
（3）有關氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如表：

氫氧化物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
開始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2
完全沉淀的pH	5.2	3.7	9.7	6.7

由上表可知：當溶液pH=4時，可以完全除去的離子是Fe³⁺，不能完全除去的離子是Al³⁺．
（4）濾液B通過蒸發濃縮（設體積濃縮為原來的一半）、冷卻結晶可以得到CuSO₄•5H₂O晶體．某同學認為上述操作會拌有硫酸鋁晶體的析出．請你結合相關數據對該同學的觀點予以評價（已知常溫下，Al₂（SO₄）₃飽和溶液中c（Al³⁺）=2.25mol•L^-1，K_sp[Al（OH）₃]=3.2×10^-34）該同學的觀點是錯誤的；通過計算可知，濾液B中，c（Al³⁺）=3.2×10^-4mol/L，濃縮后c（Al³⁺）=6.4×10^-4mol/L＜＜2.25mol/L，所以不會有硫酸鋁晶體析出．

Answer 1

分析 硅孔雀石是一種含銅礦石，含銅形態為CuCO₃•Cu（OH）₂和CuSiO₃•2H₂O，同時含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、A1₂O₃等雜質，硅孔雀石礦粉加入稀硫酸溶解，加入過氧化氫氧化亞鐵離子浸取后過濾，得到濾渣主要為SiO₂、H₂SiO₃，濾液A在含有Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、H⁺，加入銅的化合物調節溶液pH=4使鐵離子全部沉淀，此時鋁離子有部分沉淀，過濾得到濾液B主要是硫酸銅溶液，含有少量硫酸鋁和硫酸溶液，通過蒸發濃縮蒸發，冷卻結晶得到硫酸銅晶體，
（1）硅酸銅和硫酸反應生成硫酸銅、硅酸，雙氧水具有強氧化性，可氧化亞鐵離子；
（2）調節pH時注意不能引入新雜質；
（3）根據氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH列表進行分析PH=4完全沉淀、不完全沉淀的離子；
（4）根據氫氧化鋁的溶度積以及溶液的pH=4，計算出鋁離子的濃度，再進行判斷是否有硫酸鋁析出．

解答 解：（1）利用質量守恒定律，可以判斷未知物是硅酸，利用觀察法配平反應方程式為：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄═CuSO₄+H₄SiO₄+H₂O；雙氧水將亞鐵離子氧化成鐵離子的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：H₄SiO₄；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（2）由于濾液A顯示酸性，加入的試劑能夠中和溶液中的氫離子，還不能引進新的雜質，所以應該選用B氧化銅，故答案為：B；
（3）有表中數據可知，pH=4時，三價鐵離子完全生成了氫氧化鐵沉淀，而鋁離子完全沉淀需要的pH是5.2，所以鋁離子沒有完全沉淀，
故答案為：Fe³⁺；Al³⁺；
（4）pH=4時，溶液中的氫氧根離子的濃度為：1×10^-10mol/L，溶液中鋁離子濃度為：$\frac{3.2×1{0}^{-34}}{（{1×1{0}^{-10}）}^{3}}$mol/L=3.2×10^-4mol/L，濃縮后c（Al³⁺）=6.4×10^-4mol/L＜＜2.25mol/L，所以不會有硫酸鋁晶體析出，
故答案為：該同學的觀點是錯誤的；通過計算可知，濾液B中，c（Al³⁺）=3.2×10^-4mol/L，濃縮后c（Al³⁺）=6.4×10^-4mol/L＜＜2.25mol/L，所以不會有硫酸鋁晶體析出．

點評 本題借助硅孔雀石為原料制取硫酸銅的工藝流程，為高考常見題型，側重于學生的分析能力、實驗能力和計算能力的熬成，題目側重考查了化學方程式書寫、誤差分析、化學計算等知識，難度中等．