Question

13．某同學用工業硫酸銅（含硫酸亞鐵等雜質）制備純凈的CuSO₄•5H₂O．工藝流程如下（部分操作和條件略）：
I．取工業硫酸銅固體，用稀硫酸溶解，過濾．
II．向濾液中滴加H₂O₂溶液，稍加熱．
III．向II的溶液中加入CuO粉末至pH=4．
IV．加熱煮沸，過濾，濾液用稀硫酸酸化至pH=1．
V．蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，得晶體．
已知部分陽離子生成氫氧化物的pH、K_sp（25℃）如下表：

物質	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
開始沉淀時pH	2.7	7.6	4.7
完全沉淀時pH	3.7	9.6	6.7
Ksp	4.0×10-38	8.0×10-16	2.2×10-20

（1）II中發生反應的離子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）II中將Fe²⁺氧化為Fe³⁺的目的是在調節在pH=4時，只將Fe³⁺轉化為沉淀除去，而不會使Cu²⁺轉化為沉淀．
（3）用K₃[Fe（CN）₆]（鐵氰化鉀）驗證II中Fe²⁺是否轉化完全的現象是若有藍色沉淀生說，說明Fe²⁺沒有完全轉化；若沒有藍色沉淀生成，說明Fe²⁺已經完全轉化．
（4）III中發生反應的離子方程式是2Fe³⁺+3CuO+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Cu²⁺．
通過計算說明在此條件下的溶液中Fe³⁺是否沉淀完全（提示：當溶液中某離子濃度小于1.0×10^-5 mol•L^-1時可認為該離子沉淀完全）．
（5）應用化學平衡移動原理解釋IV中“濾液用稀硫酸酸化”的原因用稀硫酸酸化至PH=1，可以抑制Cu²⁺在加熱過程中水解，以獲得純凈的硫酸銅晶體
（6）V中獲得晶體的方法是蒸發濃縮、冷卻結晶．

Answer 1

分析 （1）滴加H₂O₂能將亞鐵離子氧化為三價鐵離子便于除去，且不引入雜質，據此書寫方程式；
（2）滴加H₂O₂溶液，稍加熱，目的是氧化亞鐵離子為三價鐵離子便于除去，且不引入雜質，待反應完全后，慢慢加入CuO粉末，攪拌，以控制溶液pH=4，根據題給離子沉淀的PH范圍可知，目的是讓三價鐵離子完全沉淀，銅離子不沉淀；
（3）亞鐵離子和鐵氰化鉀溶液反應生成藍色沉淀；
（4）操作I中用稀硫酸溶解，所以CuO與酸反應，促進三價鐵反發生水解反應生成氫氧化鐵沉淀；
（5）為了抑制Cu²⁺在加熱過程中水解，Ⅳ中“濾液用稀硫酸酸化；
（6）由硫酸銅溶液獲得硫酸銅晶體的方法為蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．

解答 解：（1）滴加H₂O₂能將亞鐵離子氧化為三價鐵離子便于除去，過氧化氫為氧化劑，二價鐵為還原劑，所以反應為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）除去亞鐵離子得到純凈的硫酸銅溶液，根據沉淀PH范圍可知，應先把亞鐵離子轉化為三價鐵離子，再控制PH，開始沉淀pH2.7，完全沉淀pH3.7，使之完全沉淀，所以滴加H₂O₂溶液目的是氧化亞鐵離子為三價鐵離子，再慢慢加入CuO粉末，攪拌，以控制溶液pH=4，目的是在pH=4時銅離子不沉淀，三價鐵離子沉淀完全，
故答案為：在調節在pH=4時，只將Fe³⁺轉化為沉淀除去，而不會使Cu²⁺轉化為沉淀；
（3）亞鐵離子和鐵氰化鉀溶液反應生成藍色沉淀，這是亞鐵離子的特征反應，驗證Ⅱ中Fe²⁺是否轉化完全的現象是滴加K₃[Fe（CN）₆]若有藍色沉淀生說，說明Fe²⁺沒有完全轉化；若沒有藍色沉淀生成，說明Fe²⁺已經完全轉化，
故答案為：若有藍色沉淀生說，說明Fe²⁺沒有完全轉化；若沒有藍色沉淀生成，說明Fe²⁺已經完全轉化；
（4）操作I中加硫酸，向II的溶液中加入CuO粉末至pH為4，CuO和酸反應CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，促進三價鐵離子水解，所以總反應為2Fe³⁺+3CuO+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Cu²⁺，故答案為：2Fe³⁺+3CuO+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Cu²⁺；
（5）銅離子水解溶液呈酸性，加酸能抑制銅離子水解，所以Ⅳ中“濾液用稀硫酸酸化”目的抑制Cu²⁺在加熱過程中水解，以獲得純凈的硫酸銅晶體，
故答案為：用稀硫酸酸化至PH=1，可以抑制Cu²⁺在加熱過程中水解，以獲得純凈的硫酸銅晶體；
（6）由硫酸銅溶液獲得硫酸銅晶體的方法為蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶．

點評 本題考查了銅的化合物的性質、制備、提純除雜，利用題給信息，應用難溶物質在不同PH溶液中沉淀的程度不同進行除雜分離的步驟和原理，同時考查了實驗基本操作，題目難度中等．