题目内容

10.某铜矿石中铜元素含量较低,且含有铁、镁、钙等杂质离子.某小组在实验室中用浸出-萃取法制备硫酸铜:

(1)操作II、操作III的主要目的是除去杂质、富集铜元素.
(2)小组成员利用CuSO4溶液与Na2CO3溶液混合反应,制备环保型木材防腐剂 Cu2(0H)2C03悬浊液.多次实验发现所得蓝色悬浊液颜色略有差异,查阅资料表明,可能由于条件控制不同使其中混有较多Cu(OH)2或Cu4(0H)6S04.已知Cu(0H)2、Cu2(OH)2CO3、Cu4(0H)6S04均难溶于水,可溶于酸;分解温度依次为80℃、200℃、300℃,设计实验检验悬浊液成分,完成表中内容.
限选试剂:2mol.L-1 HCl、1mol.L-1 H2SO4、O.1mol.L-1 NaOH、0.1mol.L-1 BaCl2、蒸馏水.仪器和用品自选.
实验步骤预期现象和结论
步骤1:取少量悬浊液,过滤,充分洗涤后,取滤渣于试管中,加入过量2mol.L-1HCl,充分振荡,再加0.1mol.L-1BaCl2溶液说明悬浊液中混有白色沉淀产生,有Cu4(0H)6S04
步骤2:另取少量悬浊液于试管中将试管放入装有沸水的小烧杯中,用水浴加热一段时间,取出试管观察试管中黑色沉淀生成,说明悬浊液中混有Cu(0H)2

分析 铜矿石溶于酸,然后采用过滤方法将难溶性固体和溶液分离,则操作I为过滤;然后向滤液中加入有机物采用萃取方法将含铜物质和溶液分离,所以操作II为萃取,得到的有机相中含有铜元素,再采用硫酸最萃取剂将含铜有机相萃取,得到硫酸铜溶液和有机相,将硫酸铜溶液加热浓缩、冷却结晶得到硫酸铜晶体,
(1)操作II、操作III的主要目的是除去杂质、富集铜元素;
(2)证明含有Cu4(OH)6SO4,可以证明硫酸根离子的存在设计实验验证;氢氧化铜的存在可以利用加热悬浊液氢氧化铜分解生成黑色的氧化铜沉淀.

解答 解:铜矿石溶于酸,然后采用过滤方法将难溶性固体和溶液分离,则操作I为过滤;然后向滤液中加入有机物采用萃取方法将含铜物质和溶液分离,所以操作II为萃取,得到的有机相中含有铜元素,再采用硫酸最萃取剂将含铜有机相萃取,得到硫酸铜溶液和有机相,将硫酸铜溶液加热浓缩、冷却结晶得到硫酸铜晶体,
(1)操作II、操作III的主要目的是除去杂质、富集铜元素,故答案为:除去杂质;
(2)利用CuSO4溶液与Na2CO3溶液混合反应,制备环保型木材防腐剂 Cu2(0H)2C03悬浊液,由于条件控制不同使其中混有较多Cu(OH)2或Cu4(0H)6S04.实验验证杂质的存在,可以检验是否含硫酸根离子检验Cu4(0H)6S04的存在,加入盐酸排除其他离子的干扰,加入氯化钡生成白色沉淀证明含Cu4(0H)6S04
因氢氧化铜受热分解生成氧化铜黑色沉淀,则设计实验为取少量悬浊液于试管中利用沸水浴加热试管,试管中有黑色沉淀生成证明含Cu(OH)2;水浴加热的目的是避免温度过高氧化铜分解;
故答案为:

     实验步骤   预期的现象和结论
(1)加入过量2 mol.L-1HCl,充分振荡,再加0.1mol.L-1BaCl2溶液有白色沉淀产生
(2)将试管放入装有沸水的小烧杯中,用水浴加热一段时间,取出试管观察试管中黑色沉淀生成

点评 本题考查物质制备,为高频考点,涉及物质成分检验、基本实验操作等知识点,明确反应原理是解本题关键,难点是(2)题实验方案设计,知道常见物质的性质及颜色,题目难度不大.

练习册系列答案
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18.以含钴废催化剂(主要成分为Co、Fe、SiO2)为原料,制取氧化钴的流程如下:

(1)溶解:溶解后过滤,将滤渣洗涤2~3次,洗液与滤液合并,其目的是提高钴等元素的利用率.
(2)氧化:加热搅拌条件下加入NaClO3,将Fe2+氧化成Fe3+,其离子方程式6Fe2++6H++ClO3-═6Fe3++Cl-+3H2O.
已知:铁氰化钾化学式为K3[Fe(CN)6];亚铁氰化钾化学式为K4[Fe(CN)6]•3H2O.
3Fe2++2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色沉淀)
4Fe3++3[Fe(CN)6]4-=Fe4[Fe(CN)6]3↓(蓝色沉淀)
确定Fe2+是否氧化完全的方法是取氧化后的溶液少许于试管中,滴加几滴铁氰化钾溶液,若无蓝色沉淀生成,则Fe2+已全部被氧化.(可供选择的试剂:铁氰化钾溶液、亚铁氰化钾溶液、铁粉、KSCN溶液)
(3)除铁:加入适量的Na2CO3调节酸度,生成黄钠铁矾[Na2Fe6(SO44(OH)12]沉淀,写出该反应的化学方程式3Fe2(SO43+6H2O+6Na2CO3=Na2Fe6(SO44(OH)12↓+5Na2SO4+6CO2↑.
(4)沉淀:生成沉淀碱式碳酸钴[(CoCO32•3Co(OH)2],沉淀需洗涤,洗涤的操作是向漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,静置使滤液流出.重复操作2~3次.
(5)溶解:CoCl2的溶解度曲线如图所示.向碱式碳酸钴中加入足量稀盐酸,边加热边搅拌至完全溶解后,需趁热过滤,其原因是防止因温度降低,CoCl2晶体析出.
(6)灼烧:准确称取所得CoC2O4 1.470g,在空气中充分灼烧得0.830g氧化钴,写出氧化钴的化学式Co2O3

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