Question

20．孔雀石主要含Cu₂（OH）₂CO₃，還含少量Fe、Si的化合物．某工廠以孔雀石為主要原料制備 CuSO₄•5H₂O及納米材料G，主要步驟如圖1：

已知該條件下，通過調節溶液的酸堿性而使Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺生成沉淀的pH 分別如下：

物質	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
開始沉淀時的pH	2.2	7.6	4.7
完全沉淀時的pH	3.2	9.6	6.4

請回答下列問題：
（1）在相同溫度時溶度積的相對大小：Ksp[Fe（OH）₂]＞（填“＞”或“＜”）Ksp[Cu（OH）₂]．
（2）溶液A中的金屬離子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺．試劑①是一種氧化劑，目的是氧化Fe²⁺（填離子符號）．該工廠選用試劑①最好為下列中的b（填代號）．
a．Na₂O₂ b．H₂O₂   c．Cl₂d．KSCN
（3）根據如圖2有關數據，你認為工業上氧化操作時應采取的措施是溶液溫度控制在80℃，pH控制在1.5，氧化時間為4小時左右．
（4）向溶液B中加入試劑②的化學式為CuO，操作Ⅰ的名稱是過濾．
（5）欲測定溶液A中Fe²⁺的濃度，可用KMnO₄標準溶液滴定，反應中MnO₄^-被還原為Mn²⁺，則該反應的離子方程式為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．取A溶液20.00mL，用去0.0240mol/L KMnO₄溶液16.00mL時恰好達到滴定終點，則A溶液中Fe²⁺濃度為0.096mol/L．

Answer 1

分析 向孔雀石中加入足量稀硫酸，發生的反應有Cu₂（OH）₂CO₃+4HCl=2CuCl₂+3H₂O+CO₂↑，溶液A只含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺三種金屬離子，鐵的氧化物溶于稀硫酸生成鐵鹽、亞鐵鹽和水，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，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，應該選取雙氧水，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，溶液C為硫酸銅溶液，所以為試劑②為CuO，據此答題．

解答 解：向孔雀石中加入足量稀硫酸，發生的反應有Cu₂（OH）₂CO₃+4HCl=2CuCl₂+3H₂O+CO₂↑，溶液A只含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺三種金屬離子，鐵的氧化物溶于稀硫酸生成鐵鹽、亞鐵鹽和水，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，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，應該選取雙氧水，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，溶液C為硫酸銅溶液，所以為試劑②為CuO，
（1）根據題中信息可知，Cu（OH）₂在pH=4.7時開始沉淀，而Fe（OH）₂在pH=7.6時開始沉淀，所以在相同溫度時溶度積的相對大小：Ksp[Fe（OH）₂]＞Ksp[Cu（OH）₂]，
故答案為：＞；
（2）“試劑1”的目的是將溶液中的Fe²⁺轉化為Fe³⁺，且不能引進雜質，加入雙氧水，雙氧水是一種綠色試劑，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，不會引入雜質，故選b，
故答案為：Fe²⁺；b；
（3）根據如圖2有關數據可知，pH值相等時溫度越高Fe²⁺轉化率越高，溫度相等時pH值越小Fe²⁺轉化率越高，所以工業上氧化操作時應采取的措施是溶液溫度控制在80℃，pH控制在1.5，氧化時間為4小時左右Fe²⁺轉化率達到較大值，4小時以后變化不大，
故答案為：80；1.5；4；
（4）根據上面的分析可知，試劑②為CuO，操作Ⅰ為過濾，
故答案為：CuO；過濾；
（5）Fe²⁺溶液與KMnO₄溶液發生氧化還原反應，反應中MnO₄^-被還原為Mn²⁺，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16.00mL×0.0240mol/L=3.84×10^-4mol，所以A溶液中Fe²⁺濃度為$\frac{3.84×10{\;}^{-4}mol×5}{0.02L}$=0.096mol/L，
故答案為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；0.096mol/L．

點評 本題考查物質制備及物質分離和提純，為高考高頻點，側重考查學生分析、計算及實驗操作能力，關鍵是明確實驗原理及基本操作方法，知道流程圖中發生的反應及操作方法，難點是（5）的計算，要進行微粒之間的轉換，題目難度中等．