Question

2．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．以其为原料制取硫酸铜的工艺流程如下图所示：

（1）步骤1中先加入足量稀硫酸，再加人双氧水．则双氧水参与该反应的离子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（2）步骤②调节溶液pH，可以选用的试剂是BC．（填字母编号）
A．A1₂O₃    B．CuO    C．CuCO₃•Cu（OH）₂
（3）有关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
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7

则滤液B中含有的阳离子是Al³⁺、H⁺、Cu²⁺．
（4）将滤液B通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作可得到硫酸铜晶体．
（5）硫酸铜也可用硫化铜和氧气在高温、催化剂条件下化合制得，该反应的化学方程式是CuS+2O₂$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$CuSO₄．取384g CuS在一定条件下和氧气完全反应，若发生2CuS+3O₂=2CuO+2SO₂和4CuS+5O₂=2Cu₂O+4SO₂两个反应，在所得固体中Cu和O的物质的量之比n（Cu）：n（O）=4：a，此时消耗空气的物质的量为bmol．则a=$\frac{2}{5}$b-8．（氧气占空气体积的五分之一）

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）双氧水将亚铁离子氧化成铁离子的离子方程式；
（2）加入的试剂能够消化氢离子，但是不能引进新的杂质进行分析；
（3）依据表中离子沉淀的pH值判断调节溶液酸碱性除去杂质剩余的离子；
（4）依据从蒸发结晶的正确操作解答；
（5）由题意硫化铜与氧气反应生成硫酸铜，依据化合价升降守恒结合原子个数守恒配平方程式；
设CuO的物质的量为x，Cu₂0的物质的量为y，依据氧原子个数守恒计算生成的CuO和Cu₂0，然后计算n（Cu）：n（O）．

解答 解：（1）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；
（2）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B．氧化铜、C．CuC0₃•Cu（OH）₂，
故选BC；
（3）由上表可知：当溶液pH=4时，可以完全除去三价铁离子，铝离子完全沉淀的pH值为5.2，所以只有部分铝离子沉淀，而溶液中剩余铜离子、铝离子和氢离子；
故答案为：Al³⁺、H⁺、Cu²⁺；
（4）从硫酸铜溶液中得到硫酸铜晶体应经过蒸发浓缩、冷却结晶；
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（5）由题意硫化铜与氧气反应生成硫酸铜，依据化合价升降守恒结合原子个数守恒配平方程式：CuS+2O₂$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$CuSO₄；
384g CuS物质的量=$\frac{384g}{94g/mol}$=4mol，设CuO的物质的量为x，Cu₂0的物质的量为y，依据方程式2CuS+30₂=2CuO+2S0₂和4CuS+50₂=2Cu₂0+4S0₂，
则依据铜原子个数守恒可知：x+2y=4；
依据氧原子个数守恒可知：$\frac{1}{2}$x+$\frac{1}{2}$y+4=b×$\frac{1}{5}$；
解得：x=0.8b-20，y=12-0.4b，
所以n（Cu）：n（O）=4：a=4：（x+y）=4：（$\frac{2}{5}$b-8）；
所以a=$\frac{2}{5}$b-8．
故答案为：CuS+2O₂$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$CuSO₄；$\frac{2}{5}$b-8．

点评 本题借助硅孔雀石为原料制取硫酸铜的工艺流程，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的熬成，题目侧重考查了化学方程式书写、误差分析、化学计算等知识，难度中等．