题目内容

【题目】某矿渣的成分为Cu2O、Al2O3、Fe2O3、FeO、SiO2，工业上用该矿渣获取铜和胆矾的操作流程如图：

已知：①Cu2O＋2H+=Cu＋Cu2+＋H2O。

②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表所示：

沉淀物

Cu(OH)2

Al(OH)3

Fe(OH)3

Fe(OH)2

开始沉淀pH

5.4

4.0

2.7

5.8

沉淀完全pH

6.7

5.2

3.7

8.8

（1）为了加快反应Ⅰ的速率，可以采取的措施是__(任写1条)。

（2）固体混合物A中的成分是__。

（3）反应Ⅰ完成后，铁元素的存在形式为__(填离子符号)；检验该离子常用的方法之一是：取少量含该离子的溶液于试管中，滴加几滴铁氰化钾溶液，会产生沉淀，写出该反应的离子方程式__。

（4）操作1主要包括：__、__、__。洗涤CuSO4·5H2O粗产品不能用大量水洗，而用冰水洗涤。原因是__。

（5）用NaClO调pH可以生成沉淀B，利用题中所给信息分析沉淀B为__，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为__。

（6）用NaOH调pH可以生成沉淀C，利用题中所给信息分析y的范围为__。

【答案】适当升高温度；不断搅拌；将矿渣粉碎；适当增大硫酸的浓度等 SiO2、Cu Fe2+ 3Fe2++2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2↓ 蒸发浓缩 冷却结晶 过滤 冰水既可以洗去晶体表面的杂质离子，又可以减少晶体的损失 Fe(OH)3 1：2 5.2~5.4或5.2≤pH<5.4

【解析】

某矿渣的成分为Cu2O、Al2O3、Fe2O3、FeO、SiO2，加入稀硫酸发生的反应I：Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O、Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O、Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O、FeO+H2SO4=FeSO4+H2O、Cu+ Fe2(SO4)3=CuSO4+2FeSO4，SiO2与稀硫酸不反应，经过滤得到的固体混合物A中含SiO2、Cu，滤液中含CuSO4、Al2(SO4)3、FeSO4；根据部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH，滤液中加入NaClO并调pH=x将Fe2+转化成Fe(OH)3沉淀，再加入NaOH调pH=y使Al3+转化成Al(OH)3沉淀；此时得到的滤液为CuSO4溶液，硫酸铜溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到CuSO4·5H2O粗产品；据此分析结合相关知识解答。

（1）根据外界条件对化学反应速率的影响，为了加快反应Ⅰ的速率，可以采取的措施是：适当升高温度、不断搅拌、将矿渣粉碎、适当增大硫酸的浓度等。

（2）矿渣的成分为Cu2O、Al2O3、Fe2O3、FeO、SiO2，根据题给已知①和固体A为混合物，加入稀硫酸发生的反应I：Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O、Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O、Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O、FeO+H2SO4=FeSO4+H2O、Cu+ Fe2(SO4)3=CuSO4+2FeSO4，SiO2属于酸性氧化物、与稀硫酸不反应，则经过滤得到的固体混合物A的成分是SiO2、Cu。

（3）根据上述分析，固体混合物A中有Cu，则反应Ⅰ完成后，铁元素的存在形式为Fe2+；用铁氰化钾溶液检验Fe2+产生蓝色沉淀，反应的离子方程式为3Fe2++2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2↓。

（4）操作1为从CuSO4溶液中获得CuSO4·5H2O粗产品，主要包括：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤；洗涤CuSO4·5H2O粗产品不能用大量水洗，而用冰水洗涤，原因是：冰水既可以洗去晶体表面的杂质离子，又可以减少晶体的损失。

（5）根据分析，用NaClO调节pH可以生成沉淀B，由于NaClO具有强氧化性，Fe2+具有还原性，所以沉淀B为Fe(OH)3；该反应中Fe元素的化合价由+2价升至+3价，Fe2+为还原剂，NaClO为氧化剂，Cl元素的化合价由+1价降至-1价，根据得失电子守恒，氧化剂与还原剂物质的量之比为1:2。

（6）根据分析，用NaOH调pH是使Al3+完全沉淀而除去、而Cu2+不形成沉淀，根据部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH，y的范围为5.2≤pH<5.4。

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请回答：

（1）固体A的成分是____________（用化学式表示）。

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（3）写出下列反应的离子方程式：反应①中Fe3+发生的反应：_____________，D→E：__________。

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Ⅰ.草酸合铁酸钾晶体的制备

(1)“转化”过程中若条件控制不当，会发生H2O2氧化H2C2O4的副反应，写出该副反应的化学方程式：_________________________。

(2)“操作X”中加入乙醇的目的是_______________________。

Ⅱ. 草酸合铁酸钾组成的测定

步骤1：准确称取两份质量均为0.4910 g的草酸合铁酸钾样品。

步骤2：一份在N2氛围下保持110℃加热至恒重，称得残留固体质量为0.4370 g。

步骤3：另一份完全溶于水后，让其通过装有某阴离子交换树脂的交换柱，发生反应：aRCl+[Fe(C2O4)b]a-=Ra[Fe(C2O4)b]+aCl-，用蒸馏水冲洗交换柱，收集交换出的Cl-，以K2CrO4为指示剂，用0.1500 mol·L-1AgNO3溶液滴定至终点，消耗AgNO3溶液20.00 mL。

(3)若步骤3中未用蒸馏水冲洗交换柱，则测得的样品中K+的物质的量________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。

(4)通过计算确定草酸合铁酸钾样品的化学式(写出计算过程)。 ________

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实验步骤如下：

步骤1：向仪器A中加入11.5 mL正丁醇(微溶于水)、1 mL浓H2SO4、7.2 mL冰醋酸及沸石少许。

步骤2：按如图连接装置。

步骤3：向分水器中预先加少量水(略低于支管口)。通入冷却水，加热回流。

步骤4：将分水器分出的酯层和反应液合并转入分液漏斗中，依次用5% Na2CO3溶液、水洗涤，分离出有机相。

步骤5：将有机相用无水硫酸镁干燥、过滤、蒸馏，收集乙酸正丁酯。

(1)仪器A的名称是________；向其中加入碎瓷片的目的是________。

(2)装置中分水器的作用是________，判断反应已经完成的标志是________。

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（5）操作④的目的是_________。

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