Question

6．孔雀石主要含Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量铁的化合物和硅的化合物．以孔雀石为原料可制备CuCl₂•3H₂O及纯碱，流程如下图．

且知：溶液A只含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺三种金属离子，且三种离子沉淀的pH如表所示．回答下列问题：
（1）图中“试剂1”为C1₂或H₂O₂．
（2）加入CuO作用是调节溶液pH，则pH的范围为3.2≤pH＜4.7．

金属离子		Fe3+	Fe2+	Cu2+
pH	氢氧化物开始沉淀	1.9	7.0	4.7
	氢氧化物完全沉淀	3.2	9.0	6.7

（3）气体E、F与饱和食盐水作用生成H和G时，E和F应按一定先后顺序通人饱和食盐水中．其中，应先通入气体是F、NH₃（填代号对应物质的化学式）．设计实验检验氮肥H的主要成分：氮肥的主要成分为氯化铵．取氮肥少量溶于水，分于2试管中．向其中一试管加入浓氢氧化钠并加热，若产生能使湿润红色石蕊试纸变蓝色的气体，则氮肥中含有铵根离子；向另一试管中加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则氮肥中含氯离子．写出纯碱溶液中元素守恒和电荷守恒的表达式：c（Na⁺）=2（c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）），c（H⁺）+c（Na⁺）=c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-）．
（4）由溶液C获得CuCl₂•3H₂O，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作．
（5）已知：常温下Cu（OH）₂的Ksp=2×10^-20．计算Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺反应平衡常数5×10^-9．

Answer 1

分析 向孔雀石中加入足量稀盐酸，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，铁的氧化物溶于稀盐酸生成铁盐、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CuCl₂，气体E为CO₂，将气体CO₂、气体F和饱和食盐水混合得到氮肥H和物质G，根据元素守恒知F为NH₃，氮肥H为NH₄Cl，加热G得到纯碱，则G为NaHCO₃；
向溶液A中加入试剂1得到溶液B，向溶液B中加入CuO并过滤得到滤液C和沉淀D，从溶液C中能得到CuCl₂.3H₂O，则沉淀D应该含有铁元素，CuO的目的是调节溶液的pH，使Fe ³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，根据元素守恒知，B中含有Fe³⁺、Cu²⁺，则试剂1的目的是将Fe²⁺转化为Fe³⁺且不能引进杂质，应该选取双氧水或氯水，据此分析解答．

解答 解：向孔雀石中加入足量稀盐酸，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，铁的氧化物溶于稀盐酸生成铁盐、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CuCl₂，气体E为CO₂，将气体CO₂、气体F和饱和食盐水混合得到氮肥H和物质G，根据元素守恒知F为NH₃，氮肥H为NH₄Cl，加热G得到纯碱，则G为NaHCO₃；
向溶液A中加入试剂1得到溶液B，向溶液B中加入CuO并过滤得到滤液C和沉淀D，从溶液C中能得到CuCl₂.3H₂O，则沉淀D应该含有铁元素，CuO的目的是调节溶液的pH，使Fe ³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，根据元素守恒知，B中含有Fe³⁺、Cu²⁺，则试剂1的目的是将Fe²⁺转化为Fe³⁺且不能引进杂质，应该选取双氧水或氯水，
（1）“试剂1”的目的是将溶液中的Fe²⁺转化为Fe³⁺，且不能引进杂质，可为Cl₂或H₂O₂，故答案为：Cl₂或H₂O₂；
（2）加入CuO作用是调节溶液pH，使Fe³⁺转化为沉淀予以分离，且不能沉淀氢氧化铜沉淀，所以pH取值范围为3.2≤pH＜4.7，故答案为：3.2≤pH＜4.7；
（3）气体E是二氧化碳、F是氨气，碳酸酸性小于盐酸，所以二氧化碳不溶于饱和氯化钠溶液，氨气极易溶于水，所以应该先通入F，为NH₃，增大二氧化碳的溶解，从而生成碳酸氢钠和氯化铵，取氮肥少量溶于水，分于2试管中．向其中一试管加入浓氢氧化钠并加热，若产生能使湿润红色石蕊试纸变蓝色的气体，则氮肥中含有铵根离子；向另一试管中加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则氮肥中含氯离子，纯碱溶液中元素守恒和电荷守恒的表达式：c（Na⁺）=2（c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃））；c（H⁺）+c（Na⁺）=c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-），
故答案为：F、NH₃；氮肥的主要成分为氯化铵．取氮肥少量溶于水，分于2试管中．向其中一试管加入浓氢氧化钠并加热，若产生能使湿润红色石蕊试纸变蓝色的气体，则氮肥中含有铵根离子；向另一试管中加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则氮肥中含氯离子；c（Na⁺）=2（c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃））；c（H⁺）+c（Na⁺）=c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-）．
（4）从溶液中获取晶体，应该采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥的方法得到较纯净的晶体，故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；
（5）常温下Cu（OH）₂的Ksp=2×10^-20，即c（Cu ²⁺）．c（OH^-）²=Ksp=2×10^-20，Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺反应平衡常数K=$\frac{c（H{\;}^{+}）{\;}^{2}}{c（Cu{\;}^{2+}）}$=$\frac{（\frac{K{\;}_{w}}{c（OH{\;}^{-}）}）{\;}^{2}}{c（Cu{\;}^{2+}）}$=$\frac{K{\;}_{w}{\;}^{2}}{c（Cu{\;}^{2+}）．c（OH{\;}^{-}）{\;}^{2}}$=$\frac{{K}_{w}{\;}^{2}}{K{\;}_{sp}}$=$\frac{（10{\;}^{-14}）{\;}^{2}}{2×10{\;}^{-20}}$=5×10^-9，
故答案为：5×10^-9．

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．