Question

某同学用工业硫酸铜（含硫酸亚铁等杂质）制备纯净的CuSO₄·5H₂O。工艺流程如下
（部分操作和条件略）：
I．取工业硫酸铜固体，用稀硫酸溶解，过滤。
II．向滤液中滴加H₂O₂溶液，稍加热。
III．向II的溶液中加入CuO粉末至pH＝4。
IV．加热煮沸，过滤，滤液用稀硫酸酸化至pH＝1。
V．蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得晶体。
已知部分阳离子生成氢氧化物的pH、K_sp（25℃）如下表：

物质	Fe(OH)3	Fe (OH)2	Cu(OH)2
开始沉淀时pH	2.7	7.6	4.7
完全沉淀时pH	3.7	9.6	6.7
Ksp	4.0×10–38	8.0×10–16	2.2×10–20

 
（1）II中发生反应的离子方程式是                                               。
（2）II中将Fe²⁺氧化为Fe³⁺的目的是                                             。
（3）用K₃[Fe(CN)₆]（铁氰化钾）验证II中Fe²⁺是否转化完全的现象是                。
（4）III中发生反应的离子方程式是                                              。
通过计算说明在此条件下的溶液中Fe³⁺是否沉淀完全________________________(提示：当溶液中某离子浓度小于1.0×10^–5 mol/L时可认为该离子沉淀完全)。
（5）应用化学平衡移动原理解释IV中“滤液用稀硫酸酸化”的原因                  。

Answer 1

（1）2Fe²⁺ +H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O   （2分） （2）在调节pH＝4时，只将Fe³⁺转化为沉淀除去，而不会使Cu²⁺转化为沉淀。（表述合理即可得分）      （2分）
（3）若有蓝色沉淀生成，说明Fe²⁺没有完全转化；若没有蓝色沉淀生成，说明Fe²⁺已经完全转化。（只答出其中一种情况，表述正确得满分。）    （1分）
（4）Fe³⁺+3H₂OFe(OH)₃+3H⁺  CuO+2H⁺＝Cu²⁺+ H₂O （或只书写第二个反应也可得分）
或2Fe³⁺+3CuO+3H₂O＝2Fe(OH)₃+3Cu²⁺       （2分）
c(Fe³⁺)＝＝4.0×10^–8 mol·L^–1＜1.0×10^–5 mol·L^–1，故Fe³⁺沉淀完全  （2分）
（5）用稀硫酸酸化至pH＝1，可以抑制Cu²⁺在加热过程中水解，以获得纯净的硫酸铜晶体。（表述合理即可得分）    （1分）

试题分析：（1）由于溶液中含有亚铁离子，需要将其氧化为铁离子除去。双氧水具有氧化性，因此向滤液中滴加H₂O₂溶液，稍加热的目的是除去亚铁离子，反应的离子方程式为2Fe²⁺ +H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O。
（2）由于亚铁离子沉淀时的pH值大于铜离子沉淀时的pH值，而铁离子完全沉淀时的pH值是3.7，所以II中将Fe²⁺氧化为Fe³⁺的目的是在调节pH＝4时，只将Fe³⁺转化为沉淀除去，而不会使Cu²⁺转化为沉淀。
（3）由于铁氰化钾与亚铁离子结合产生蓝色沉淀，据此可以检验亚铁离子。即若有蓝色沉淀生成，说明Fe²⁺没有完全转化；若没有蓝色沉淀生成，说明Fe²⁺已经完全转化。
（4）氧化铜能消耗氢离子，降低溶液的酸性，从而产生氢氧化铁沉淀，因此反应的离子方程式为Fe³⁺+3H₂OFe(OH)₃+3H⁺  CuO+2H⁺＝Cu²⁺+ H₂O；氢氧化铁的溶度积常数是4.0×10^–38，则当溶液中OH^－等于10^－10mol/L时，则此时溶液中c(Fe^3＋)＝＝4.0×10^－8 mol·L^－1＜1×10^－5 mol·L^－1，故Fe^3＋沉淀完全。
（5）由于铜离子水解，溶液显酸性，所以用稀硫酸酸化至pH＝1，可以抑制Cu²⁺在加热过程中水解，以获得纯净的硫酸铜晶体。