Question

5．某厂利用一批回收的废料制造胆矾（CuSO₄•5H₂O）．该废料中各种成份含量如下：Cu和CuO约占87%，其它为MgO、Cr₂O₃、FeO、SiO₂，工艺流程为：

提示：25℃时，部分金属阳离子以氢氧化物形式完全沉淀（离子浓度小于等于10^-5mol•L^-1）时溶液的pH如下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Cu（OH）2	Mg（OH）2	Fe（OH）2
pH	2.9	6.7	9.4	9.7

回答下列问题：
（1）25℃时，K_sp[Fe（OH）₃]的数值为10^-38.3
（2）步骤①中Cr₂O₃能与碱反应，该反应的离子方程式为Cr₂O₃+2OH^-=2CrO₂^-+H₂0
步骤④中与H₂O₂反应的物质和离子是Cu、Fe²⁺
步骤⑤中调节溶液pH时适宜的物质是bc（填序号）
a．NaOH b．CuO c．Cu（OH）₂
（3）操作⑧的分离方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，这样得到的胆矾晶体中除铜元素外还含有一种金属元素，这种金属元素的氧化物的电子式为．
（4）步骤⑨中氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：2；硫酸酸化的Na₂Cr₂O₇溶液可以将乙醇氧化为乙酸，本身还原为Cr³⁺，该反应可用于检测司机是否酒驾，相应的化学方程式为3CH₃CH₂OH+2Na₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CH₃COOH+2Cr₂（SO₄）₃+11H₂O+2Na₂SO₄．

Answer 1

分析 该废料中含Cu和CuO约占87%，其它为MgO、Cr₂O₃、FeO、SiO₂，其中Cr₂O₃、SiO₂能与碱反应生成Na₂SiO₃和NaCrO₂，过滤得到滤渣为：Cu、CuO、MgO、FeO，水洗至PH=7，加稀硫酸、双氧水于80℃保温0.5h，CuO、MgO、FeO都溶于稀硫酸生成硫酸铜、硫酸镁、硫酸亚铁，铜和亚铁离子被双氧水氧化成铜离子和三价铁离子，调至PH=5.2，沉降1小时，三价铁离子沉淀完全，过滤得到滤渣氢氧化铁和滤液，滤液中含有铜离子和镁离子，经过对滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到产品，蒸发浓缩时会导致Cu²⁺发生水解生成Cu（OH）₂，用硫酸调节pH=2～3是为了抑制Cu²⁺的水解，也不会引入杂质．
（1）Fe（OH）₃完全沉淀的PH是2.9，c（H⁺）=10^-2.9mol/L，c（OH^-）=$\frac{{K}_{W}}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-2.9}}$=10^-11.1mol/L，金属阳离子离子浓度小于等于10^-5mol•L^-1时以氢氧化物形式完全沉淀，根据K_SP=c（Fe³⁺）×c³（OH^-） 计算；
（2）步骤①中Cr₂O₃能与碱反应，该反应的离子方程式为：Cr₂O₃+2OH^-=2CrO₂^-+H₂0，
步骤④中铜和亚铁离子被双氧水氧化成铜离子和三价铁离子，
调节pH不能引入新的杂质；
（3）从溶液中得到晶体一般采取蒸发浓缩、冷却结晶、过滤的方法； 整个过程中没有除去金属镁离子，据此写出离子化合物氧化镁的电子式；
（4）步骤⑨中氧化剂是双氧水，还原剂NaCrO₂被双氧水氧化成Na₂Cr₂O₇，根据得失电子守恒计算物质的量之比；
Na₂Cr₂O₇溶液可以将乙醇氧化为乙酸，本身还原为Cr³⁺，根据得失电子守恒和原子守恒写出反应方程式．

解答 解：该废料中含Cu和CuO约占87%，其它为MgO、Cr₂O₃、FeO、SiO₂，其中Cr₂O₃、SiO₂能与碱反应生成Na₂SiO₃和NaCrO₂，过滤得到滤渣为：Cu、CuO、MgO、FeO，水洗至PH=7，加稀硫酸、双氧水于80℃保温0.5h，CuO、MgO、FeO都溶于稀硫酸生成硫酸铜、硫酸镁、硫酸亚铁，铜和亚铁离子被双氧水氧化成铜离子和三价铁离子，调至PH=5.2，沉降1小时，三价铁离子沉淀完全，过滤得到滤渣氢氧化铁和滤液，滤液中含有铜离子和镁离子，经过对滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到产品，蒸发浓缩时会导致Cu²⁺发生水解生成Cu（OH）₂，用硫酸调节pH=2～3是为了抑制Cu²⁺的水解，也不会引入杂质．
（1）Fe（OH）₃完全沉淀的PH是2.9，c（H⁺）=10^-2.9mol/L，c（OH^-）=$\frac{{K}_{W}}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-2.9}}$=10^-11.1mol/L，金属阳离子离子浓度小于等于10^-5mol•L^-1时以氢氧化物形式完全沉淀，K_SP=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=10^-5×（10^-11.1）³=10^-38.3，
故答案为：10^-38.3；
（2）步骤①中Cr₂O₃能与碱反应，该反应的离子方程式为：Cr₂O₃+2OH^-=2CrO₂^-+H₂0，
步骤④中铜和亚铁离子被双氧水氧化成铜离子和三价铁离子，
调节pH不能引入新的杂质，a项会引入钠离子，b、c项物质会和氢离子反应调节pH，同时生成铜离子，不会引入新的杂质，
故答案为：Cr₂O₃+2OH^-=2CrO₂^-+H₂0；Cu、Fe²⁺；bc；
（3）从溶液中得到晶体一般采取蒸发浓缩、冷却结晶、过滤的方法；整个过程中没有除去金属镁离子； MgO是离子化合物，由Mg²⁺离子和O^2-离子构成，MgO的电子式为，
故答案为：冷却结晶；；
（4）步骤⑨中氧化剂是双氧水，还原剂NaCrO₂被双氧水氧化成Na₂Cr₂O₇，3H₂O₂～6e^-，2CrO₂^-～Cr₂O₇^2-～6e^-，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：2，
Na₂Cr₂O₇溶液可以将乙醇氧化为乙酸，本身还原为Cr³⁺，根据得失电子守恒和原子守恒写出反应方程式：3CH₃CH₂OH+2Na₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CH₃COOH+2Cr₂（SO₄）₃+11H₂O+2Na₂SO₄，
故答案为：3：2；3CH₃CH₂OH+2Na₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CH₃COOH+2Cr₂（SO₄）₃+11H₂O+2Na₂SO₄．

点评 本题以流程图的形式考查了物质的分离与提纯、离子方程式的书写、水解平衡、氧化还原反应等知识，分离和提纯时一定不能引入新的杂质，调节pH一般加入含提纯物质中的离子的化合物，避免引入新的杂质，如本题制取胆矾晶体，用CuO、Cu（OH）₂调节pH，除去杂质，难度适中．