Question

18．硅孔雀石的主要成分为CuCO₃•Cu（OH）₂和CuSiO₃•2H₂O，还含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、Al₂O₃等杂质．以硅孔雀石为原料制取硫酸铜的工艺流程如下：

部分氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表

氢氧化物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
开始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2
完全沉淀的pH	5.2	3.7	9.7	6.7

请回答下列问题：
（1）滤渣B的主要成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃（用化学式表示）；判断本实验能否调节溶液pH使杂质完全除去而不损失Cu²⁺，并简述理由否，铝离子全部沉淀时铜离子有沉淀
（2）用离子方程式表示加入绿色氧化剂A的作用2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O
（3）可向滤液A中加入bd（填字母）调节PH以除去杂质
a．氨水   b．氧化铜  c．氢氧化钠  d．氢氧化铜
（4）从滤液B中提取胆矾的操作包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、用乙醇洗涤、用滤纸吸干等
（5）测定产品纯度和胆矾中结晶水数目
①沉淀法测定产品纯度
取一定质量的样品溶于蒸馏水，加入足量的BaCl₂溶液和稀硝酸，过滤、洗涤、干燥、称重，实验结果发现测得的产品纯度偏高，可能的原因是acd填字母）
a．产品失去部分结晶水                 b．产品中混有CuCl₂•2H₂O
c．产品中混有Al₂（SO₄）₃•12H₂O        d．产品中混有Na₂SO₄
②差量法测得结晶水数目
取ag样品盛装在干燥的坩锅里，灼烧至结晶水全部失去，称得无水硫酸铜的质量b g，则胆矾（CuSO₄•nH₂O）中n值的表达式为$\frac{80（a-b）}{9b}$．

Answer 1

分析 硅孔雀石是一种含铜矿石，含铜形态为CuCO₃•Cu（OH）₂和CuSiO₃•2H₂O，同时含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、A1₂O₃等杂质，硅孔雀石矿粉加入稀硫酸溶解，加入过氧化氢氧化亚铁离子浸取后过滤，得到滤渣主要为SiO₂、H₂SiO₃，滤液A在含有Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、H⁺，加入铜的化合物调节溶液PH=4使铁离子全部沉淀，此时铝离子有部分沉淀，过滤得到滤液B主要是硫酸铜溶液，含有少量硫酸铝和硫酸溶液，通过蒸发浓缩蒸发，冷却结晶得到硫酸铜晶体；
（1）根据氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH列表进行分析PH=4完全沉淀、不完全沉淀的离子，依据离子沉淀的PH值分析，铁离子全部沉淀PH=3.7，铝离子全部沉淀PH=5.2，铜离子开始沉淀PH=4.2，铝离子全部沉淀，铜离子液有沉淀，调节溶液pH不能使杂质完全除去而不损失Cu²⁺；
（2）上述分析可知加入试剂A为氧化亚铁离子为铁离子的氧化剂且不能引入锌的杂质，所以需要加入过氧化氢，双氧水酸性溶液中将亚铁离子氧化成铁离子；
（3）根据滤液A显示酸性，加入的试剂不能引进新的杂质进行分析；
（4）滤液得到溶质晶体的方法是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到硫酸铜晶体；
（5）①测得的产品纯度偏高，可能是样品失去结晶水导致样品质量减小，或混入的硫酸根离子和加入的氯化钡生成更多的硫酸钡；
②取ag样品盛装在干燥的坩锅里，灼烧至结晶水全部失去，称得无水硫酸铜的质量b g，结晶水的质量为ag-bg；依据物质的量之比计算n值．

解答 解：（1）步骤中，调节pH=4时，所得滤渣B的成分依据表中数据可知，pH=4时，三价铁离子完全生成了氢氧化铁沉淀，而铝离子完全沉淀需要的PH是5.2，所以铝离子没有完全沉淀，铝离子有少量沉淀，所以渣B的成分为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃ ，依据离子沉淀的PH值分析，铁离子全部沉淀PH=3.7，铝离子全部沉淀PH=5.2，铜离子开始沉淀PH=4.2，铝离子全部沉淀，铜离子液有沉淀，调节溶液pH不能使杂质完全除去而不损失Cu²⁺，
故答案为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃ ；否，铝离子全部沉淀时铜离子有沉淀；
（2）由上述分析可知加入试剂A为氧化亚铁离子为铁离子的氧化剂且不能引入锌的杂质，所以需要加入过氧化氢，双氧水酸性溶液中将亚铁离子氧化成铁离子，双氧水将亚铁离子氧化成铁离子的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由于滤液A显示酸性，加入的试剂能够中和溶液中的氢离子，还不能引进新的杂质，所以应该选用氧化铜、碱式碳酸铜、氢氧化铜等，故选bd，
故答案为：bd；
（4）滤液B为硫酸铜溶液，通过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤洗涤等操作可得到硫酸铜晶体，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；
（5）①测得的产品纯度偏高，可能是样品失去结晶水导致样品质量减小，或混入的硫酸根离子和加入的氯化钡生成更多的硫酸钡，
a．产品失去部分结晶水导致样品质量减小，使测得的产品纯度偏高，故a正确；
b．产品中混有CuCl₂•2H₂O对测定纯度无影响，故b错误；
c．产品中混有Al₂（SO₄）₃•12H₂O，溶解后生成硫酸钡沉淀质量增大，故c正确；
d．产品中混有Na₂SO₄，溶解后生成硫酸钡沉淀质量增大，故d正确
故选acd；
②取ag样品盛装在干燥的坩锅里，灼烧至结晶水全部失去，称得无水硫酸铜的质量b g，结晶水的质量为ag-bg；依据物质的量之比计算n值，1：n=$\frac{bg}{160g/mol}$：$\frac{ag-bg}{18g/mol}$，解得n=$\frac{80（a-b）}{9b}$，
故答案为：$\frac{80（a-b）}{9b}$．

点评 本题为工艺流程题，考查了方程式的书写、物质分离的方法、有关方程式的计算，主要是铝及其化合物性质的分析应用，掌握基础是关键，题目难度中等．