Question

氧化铜有多种用途，如用作玻璃着色剂、油类脱硫剂等。为获得纯净的氧化铜，某同学用工业硫酸铜(含硫酸亚铁等杂质)进行如下实验：

经查阅资料得知，在溶液中通过调节溶液的酸碱性而使Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺分别生成沉淀的pH如下：

物质	Cu(OH)2	Fe(OH)2	Fe(OH)3
开始沉淀pH	6.0	7.5	1.4
沉淀完全pH	13	14	3.7

⑴ 步骤Ⅰ的目的是除不溶性杂质。所需操作的名称是________、________。
⑵ 步骤Ⅱ的目的是除硫酸亚铁。操作步骤是先滴加H₂O₂溶液，稍加热，当Fe²⁺转化完全后，慢慢加入Cu₂(OH)₂CO₃粉末，搅拌，以调整溶液pH在一定范围之内，加热煮沸一段时间，过滤，用稀硫酸酸化滤液至pH=1。
①写出用H₂O₂溶液除去硫酸亚铁的离子方程式____________________________。
②调整pH 的范围应该在____________之间。
⑶ 步骤Ⅲ的目的是得到CuSO₄·5H₂O晶体。操作是将溶液加热蒸发至有晶膜出现时，停止加热，_____________，水浴加热烘干。采用水浴加热的原因是____                       。
⑷ 该同学用CuSO₄溶液进行如下探究实验：取A、B两支试管，分别加入 2 mL  5%H₂O₂溶液，再向H₂O₂溶液中分别滴入0.1 mol·L^－１ FeCl₃和CuSO₄溶液各1 mL，摇匀，观察到滴入FeCl₃ 溶液的试管产生气泡更快，由此得到结论：Fe³⁺对H₂O₂溶液分解的催化效率比Cu²⁺高，该同学的结论是否正确________（填正确或错误），请说明原因                           。
（5）16克硫酸铜固体投入水中形成1升溶液，则该溶液显      性（填“酸性”或“碱性”或“中性”），溶液中所有阳离子总数        0.1N_A（填“等于”或“大于”或“小于”），若在上述新配制溶液加入稀硫酸再加入铁片产生氢气速率会明显加快，原因是             ；室温下、若在上述新配制溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成，当溶液的pH=8时c（Cu²⁺）=________________mol·L^-1（K_ap[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20）。

Answer 1

（17分）⑴ 溶解(2分)、过滤(2分)  ⑵①2Fe²⁺+H₂O₂ +2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O(3分)      ②3.7-6.0(2分)
⑶ 冷却结晶(2分)  防止CuSO₄·5H₂O晶体分解(2分)
⑷ 错误 (1分)  根据控制变量的思想，所用溶液的阴离子不同，无法比较阳离子的催化效率(2分)
（5）酸性 大于 形成原电池  2.2×10^-8

试题分析：（1）步骤Ⅰ的目的是除不溶性杂质，所以所需操作的名称是溶解和过滤。
（2）①双氧水具有氧化性，能把亚铁离子氧化生成铁离子，则H₂O₂溶液除去硫酸亚铁的离子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂ +2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O。
②氢氧化铜开始沉淀的pH是6。0，氢氧化铁完全沉淀的pH是3.7，所以调整pH 的范围应该在3.7～6.0之间。
（3）溶液加热蒸发至有晶膜出现时，停止加热，然后冷却结晶即可。水浴加热便于控制温度，可以防止CuSO₄·5H₂O晶体分解。
（4）根据控制变量的思想，所用溶液的阴离子不同，无法比较阳离子的催化效率，所以结论是错误的。
（5）硫酸铜溶于水，铜离子水解，溶液显酸性。由于1个铜离子水解生成2个氢离子，所以溶液中阳离子总数是增加的。铁能和硫酸铜发生置换反应，生成铜，从而构成原电池，加快反应速率。溶液的pH＝8，则溶液中OH^－的浓度是10^－6mol/L，则根据氢氧化铜的溶度积常数可知，溶液中c（Cu²⁺）＝。
点评：该题是高考中的常见题型，难度大，对学生的要求高。有利于培养学生规范严谨的实验设计能力以及评价能力。该类试题综合性强，理论和实践的联系紧密，有的还提供一些新的信息，这就要求学生必须认真、细致的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能得出正确的结论。