Question

孔雀石主要成分Cu₂（OH）₂CO₃，其中还含少量Fe、Si的化合物．实验室以孔雀石为原料制备CuSO₄?5H₂O及CaCO₃的流程如下：
请回答下列问题：
（1）溶液A中含有的阳离子有______．实现由溶液A至溶液B转化的试剂①为______（填代号）．
①．KMnO₄　　　②．（NH₄）₂S　　　 ③．O₃　　　④．浓硫酸　　⑤H₂O₂
（2）试剂②可以选用______（填代号）
A．Fe　　　B．CuO　　C．Fe₂O₃　 D．CuCO₃　 E．xCu（OH）₂?yCuCO₃　 F．Cu（OH）₂
（3）由CaCl₂溶液制备CaCO₃时，通入的气体X是______（填化学式）．若实验过程中有X气体逸出，可选用下列______装置回收（填代号）．

（4）欲测定溶液A中还原性金属阳离子的浓度，需要取A溶液配制进行氧化还原滴定．若选用KMnO₄标准溶液进行滴定时应选用______滴定管（填“酸式”或“碱式”）．滴定反应的离子方程式______
（5）由溶液C制取晶体的实验操作是______．

Answer 1

解：（1）孔雀石主要成分Cu₂（OH）₂CO₃，其中还含少量Fe、Si的化合物．铁元素主要以+2、+3价存在，孔雀石与硫酸反应中，硫酸过量，所以溶液A中含有的阳离子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、H⁺等．
由工艺流程转化关系可知，实现由溶液A至溶液B转化，目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，试剂①应为氧化剂，且不能引入新的杂质．
①KMnO₄可以将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，但引入K⁺、Mn²⁺等杂质，故①错误；
②（NH₄）₂S不能将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，故②错误；
③O₃可以将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，且不引入新杂质，故③正确；
④浓硫酸加入溶液中，浓度变稀，不能将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，故④错误；
⑤H₂O₂可以将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，且不引入新杂质，故⑤正确．
故选：③⑤．
（2）由工艺流程转化关系可知，试剂②应为调节溶液pH值，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，除去Fe³⁺，且不能引入新的杂质．
A．Fe与Fe³⁺反应，故A错误；
B．CuO中和H⁺，溶液pH增大，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，不引入杂质，故B正确；
C．Fe₂O₃中和H⁺，溶液pH增大，又引入Fe³⁺，故C错误；
D．CuCO₃中和H⁺，溶液pH增大，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，不引入杂质，故D正确；
E．xCu（OH）₂?yCuCO₃ 中和H⁺，溶液pH增大，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，不引入杂质，故E正确；
F．Cu（OH）₂中和H⁺，溶液pH增大，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，不引入杂质，故F正确．
故选：BDEF．
（3）由工艺流程转化关系可知，加入X使溶液在碱性条件下反应，所以气体X应为碱性气体，故X为氨气．由于氨气极易溶于水，吸收应采取防倒吸装置（采取倒置漏斗或在吸收装置连接防倒吸安全瓶）．
a、吸收装置前边连接防倒吸安全瓶，故a正确；
b、连接防倒吸的倒置漏斗，漏斗边缘紧贴液面，可以防止倒吸，故b正确；
c、连接的倒置漏斗，但漏斗全部在浸在液面下，不能起防止倒吸作用，故c错误；
d、多孔球全部在浸在液面下，不能起防止倒吸作用，故d错误．
故答案为：NH₃；ab
（4）KMnO₄溶液极易强氧化性，可以腐蚀碱式滴定管的橡皮管，使用KMnO₄溶液时通常加酸，所以KMnO₄溶液应放置酸式滴定管内．
溶液A中还原性金属阳离子为Fe²⁺，在酸性条件下，MnO₄^-+将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，自身被还原为Mn²⁺，同时生成水．反应中Fe²⁺→Fe³⁺，铁元素化合价升高1价；MnO₄^-+→Mn²⁺，锰元素降低5价，化合价升降最小公倍数为5，故Fe²⁺+系数为5，MnO₄^- 系数为1，根据元素守恒可知Mn²⁺与Fe³⁺系数分别为1、5，根据电荷守恒可知，H⁺其系数为2+3×5-[2×5-1]=8，根据H元素守恒可知H₂O系数是4，所以反应离子方程式为5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．
故答案为：酸式；5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．
（5）由溶液到晶体需要加热蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等．
故答案为：加热蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
分析：（1）孔雀石主要成分Cu₂（OH）₂CO₃，其中还含少量Fe、Si的化合物．铁元素以+2、+3价存在，孔雀石与硫酸反应中，硫酸过量．
由工艺流程转化关系可知，实现由溶液A至溶液B转化，目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，试剂①应为氧化剂，且不能引入新的杂质．
（2）由工艺流程转化关系可知，试剂②应为调节溶液pH值，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，除去Fe³⁺，且不能引入新的杂质．
（3）由工艺流程转化关系可知，应先向CaCl₂溶液中加入碱性物质并且不引入新杂质，故气体X应为碱性气体，应为氨气，氨气极易溶于水，吸收应采取防倒吸装置（采取倒置漏斗或连接安全瓶）．
（4）KMnO₄溶液极易强氧化性，可以腐蚀碱式滴定管的橡皮管．溶液A中还原性金属阳离子为Fe²⁺，在酸性条件下，MnO₄^-+将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，自身被还原为Mn²⁺，同时生成水．
（5）由溶液到晶体需要加热蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等．
点评：考察物质性质、氧化还原反应、对装置的理解评价、物质分离提纯除杂等有关实验操作以及在新情境下综合运用知识解决问题的能力．题目难度中等．要求学生要有扎实的实验基础知识和灵活应用信息解决问题的能力．注意基础知识的全面掌握．