Question

2．孔雀石主要含Cu₂（OH）₂CO₃，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，步骤如下：

请回答下列问题：
（1）溶液A中的金属离子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺：实验步骤中试剂①为c（从下列所给试剂中选择，填代号），写出此步骤中的离子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，检验溶液A中Fe³⁺的最佳试剂为d（从下列所给试剂中选择，填代号）．
a．KMnO₄　　　　　b．（NH₄）₂S         c．H₂O₂          d．KSCN
（2）由溶液C获得CuSO₄•5H₂O，需要经过加热蒸发、冷却结晶、过滤等操作．除烧杯、漏斗外，过滤操作还用到另一玻璃仪器玻璃棒，该仪器在此操作中的主要作用是搅拌、引流．
（3）制备CaCO₃时，应向CaCl₂溶液中先通入（或先加入）NH₃•H₂O（填化学式），写出此过程的化学方程式CaCl₂+CO₂+2NH₃•H₂O=CaCO₃↓+2NH₄Cl+H₂O，若实验过程中有氨气逸出、应选用下列b装置回收（填代号）．

Answer 1

分析 制备CuSO₄•5H₂O及CaCO₃步骤：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，少量Fe的氧化物均与硫酸反应，只有SiO₂不反应，溶液A中含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，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，则溶液B中含Cu²⁺、Fe³⁺，加CuO促进铁离子水解转化为沉淀，所以溶液C中主要为硫酸铜，蒸发浓缩、冷却结晶得到CuSO₄•5H₂O；制备CaCO₃时，先通入氨气，增大二氧化碳的溶解，生成碳酸铵与氯化钙反应生成碳酸钙、氯化铵，则过滤可得到CaCO₃，以此来解答．
（1）为使Fe²⁺、Fe³⁺一起沉淀，选择合适的氧化剂将Fe²⁺氧化而又不引入新杂质；检验Fe³⁺，选择特征试剂KSCN；
（2）从溶液中要析出晶体，采用冷却结晶法；过滤时要用到玻璃棒引流；
（3）CaCl₂溶液不能与CO₂反应，加入碱能反应，但又不能引入杂质，应通入NH₃（或先加入NH₃•H₂O）；氨气极易溶于水，要注意防倒吸，a装置广口瓶内的进气管长，容易倒吸，c装置中的倒置漏斗、d中的多空球泡不可以防倒吸；

解答 解：制备CuSO₄•5H₂O及CaCO₃步骤：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，少量Fe的氧化物均与硫酸反应，只有SiO₂不反应，溶液A中含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，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，则溶液B中含Cu²⁺、Fe³⁺，加CuO促进铁离子水解转化为沉淀，所以溶液C中主要为硫酸铜，蒸发浓缩、冷却结晶得到CuSO₄•5H₂O；制备CaCO₃时，先通入氨气，增大二氧化碳的溶解，生成碳酸铵与氯化钙反应生成碳酸钙、氯化铵，反应为：CaCl₂+CO₂+2NH₃•H₂O=CaCO₃↓+2NH₄Cl+H₂O，则过滤可得到CaCO₃．
（1）本实验要除去Fe²⁺、Fe³⁺等离子，先加入合适的氧化剂时不能引入新的杂质，可加入H₂O₂，发生的反应为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，因Fe³⁺遇KSCN溶液变为血红色，则可用KSCN检验Fe³⁺；
故答案为：c；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；d；
（2）从溶液中要析出晶体，采用冷却结晶法，然后进行过滤等操作，过滤用到的仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗、滤纸等仪器，其中玻璃棒在过滤时起到引流的作用，在蒸发时起到搅拌的作用，
故答案为：加热蒸发、冷却结晶；玻璃棒；搅拌、引流；
（3）CaCl₂溶液不能与CO₂反应，加入碱能反应，但又不能引入杂质，应通入NH₃，发生反应为：CaCl₂+CO₂+2NH₃•H₂O=CaCO₃↓+2NH₄Cl+H₂O，实验室收集氨气时要注意防止倒吸，因为氨气极易溶于水，吸收时导管不能插入到液面以下，可用倒置的漏斗，
故答案为：NH₃•H₂O；CaCl₂+CO₂+2NH₃•H₂O=CaCO₃↓+2NH₄Cl+H₂O；b；

点评 本题通过制备CuSO₄•5H₂O及CaCO₃实验考查常见金属的单质及其化合物的应用，考查物质的制取和提纯等实验操作，注意蒸发、过滤、滴定操作的注意事项，题目难度中等．