Question

20．孔雀石主要含Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量Fe、Si的化合物．某工厂以孔雀石为主要原料制备 CuSO₄•5H₂O及纳米材料G，主要步骤如图1：

已知该条件下，通过调节溶液的酸碱性而使Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺生成沉淀的pH 分别如下：

物质	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
开始沉淀时的pH	2.2	7.6	4.7
完全沉淀时的pH	3.2	9.6	6.4

请回答下列问题：
（1）在相同温度时溶度积的相对大小：Ksp[Fe（OH）₂]＞（填“＞”或“＜”）Ksp[Cu（OH）₂]．
（2）溶液A中的金属离子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺．试剂①是一种氧化剂，目的是氧化Fe²⁺（填离子符号）．该工厂选用试剂①最好为下列中的b（填代号）．
a．Na₂O₂ b．H₂O₂   c．Cl₂d．KSCN
（3）根据如图2有关数据，你认为工业上氧化操作时应采取的措施是溶液温度控制在80℃，pH控制在1.5，氧化时间为4小时左右．
（4）向溶液B中加入试剂②的化学式为CuO，操作Ⅰ的名称是过滤．
（5）欲测定溶液A中Fe²⁺的浓度，可用KMnO₄标准溶液滴定，反应中MnO₄^-被还原为Mn²⁺，则该反应的离子方程式为MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．取A溶液20.00mL，用去0.0240mol/L KMnO₄溶液16.00mL时恰好达到滴定终点，则A溶液中Fe²⁺浓度为0.096mol/L．

Answer 1

分析 向孔雀石中加入足量稀硫酸，发生的反应有Cu₂（OH）₂CO₃+4HCl=2CuCl₂+3H₂O+CO₂↑，溶液A只含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺三种金属离子，铁的氧化物溶于稀硫酸生成铁盐、亚铁盐和水，然后过滤得到的滤渣中含有Si的氧化物，溶液A中含有含有铁盐和亚铁盐及硫酸铜，气体E为CO₂，向溶液A中加入试剂①得到溶液B，试剂①是一种氧化剂，将Fe²⁺转化为Fe³⁺且不能引进杂质，应该选取双氧水，向溶液B中加入试剂②经过操作Ⅰ得到溶液C和红褐色沉淀D，则操作Ⅰ为过滤，D为Fe（OH）₃，溶液C为硫酸铜溶液，所以为试剂②为CuO，据此答题．

解答 解：向孔雀石中加入足量稀硫酸，发生的反应有Cu₂（OH）₂CO₃+4HCl=2CuCl₂+3H₂O+CO₂↑，溶液A只含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺三种金属离子，铁的氧化物溶于稀硫酸生成铁盐、亚铁盐和水，然后过滤得到的滤渣中含有Si的氧化物，溶液A中含有含有铁盐和亚铁盐及硫酸铜，气体E为CO₂，向溶液A中加入试剂①得到溶液B，试剂①是一种氧化剂，将Fe²⁺转化为Fe³⁺且不能引进杂质，应该选取双氧水，向溶液B中加入试剂②经过操作Ⅰ得到溶液C和红褐色沉淀D，则操作Ⅰ为过滤，D为Fe（OH）₃，溶液C为硫酸铜溶液，所以为试剂②为CuO，
（1）根据题中信息可知，Cu（OH）₂在pH=4.7时开始沉淀，而Fe（OH）₂在pH=7.6时开始沉淀，所以在相同温度时溶度积的相对大小：Ksp[Fe（OH）₂]＞Ksp[Cu（OH）₂]，
故答案为：＞；
（2）“试剂1”的目的是将溶液中的Fe²⁺转化为Fe³⁺，且不能引进杂质，加入双氧水，双氧水是一种绿色试剂，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，不会引入杂质，故选b，
故答案为：Fe²⁺；b；
（3）根据如图2有关数据可知，pH值相等时温度越高Fe²⁺转化率越高，温度相等时pH值越小Fe²⁺转化率越高，所以工业上氧化操作时应采取的措施是溶液温度控制在80℃，pH控制在1.5，氧化时间为4小时左右Fe²⁺转化率达到较大值，4小时以后变化不大，
故答案为：80；1.5；4；
（4）根据上面的分析可知，试剂②为CuO，操作Ⅰ为过滤，
故答案为：CuO；过滤；
（5）Fe²⁺溶液与KMnO₄溶液发生氧化还原反应，反应中MnO₄^-被还原为Mn²⁺，反应的离子方程式为MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，根据离子方程可知MnO₄^-～5Fe²⁺，用去 KMnO₄的物质的量为16.00mL×0.0240mol/L=3.84×10^-4mol，所以A溶液中Fe²⁺浓度为$\frac{3.84×10{\;}^{-4}mol×5}{0.02L}$=0.096mol/L，
故答案为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；0.096mol/L．

点评 本题考查物质制备及物质分离和提纯，为高考高频点，侧重考查学生分析、计算及实验操作能力，关键是明确实验原理及基本操作方法，知道流程图中发生的反应及操作方法，难点是（5）的计算，要进行微粒之间的转换，题目难度中等．