Question

10．胆矾是一种常见的化合物，工业上它也是一种制取其它含铜化合物的原料．现有废铜（主要杂质为Fe）来制备胆矾．有人设计了如下流程：

pH值控制可参考下列数据

物  质	开始沉淀时的pH值	完全沉淀时的pH值
氢氧化铁	2.7	3.7
氢氧化亚铁	7.6	9.6
氢氧化铜	5.2	6.4

请根据上述流程回答下列问题：
（1）A物质可选用b（填字母）．
a．稀H₂SO₄b．浓H₂SO₄/△c．浓FeCl₃溶液     d．浓HNO₃
（2）Ⅰ中加H₂O₂的目的将Fe²⁺氧化为Fe³⁺．
（3）Ⅱ中加Cu₂（OH）₂CO₃的目的是中和过量的硫酸，调节溶液的pH，使Fe³⁺水解完全而沉淀；其优点是不引入新的杂质．
（4）Ⅲ加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为Fe³⁺+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（OH）₃↓+3H⁺．
（5）V中加H₂SO₄调节pH=1是为了抑制Cu²⁺的水解．
（6）V到Ⅵ的操作是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤
（7）某工程师认为上述流程中所加的A物质并不理想，需作改进，其理由是会产生SO₂，会对污染环境，硫酸的利用率低．如何改进可以向稀硫酸中不断通氧气（或者加H₂O₂）并加热．

Answer 1

分析 废铜（主要杂质为Fe）来制备胆矾的流程：将金属全部溶解，再将存在的亚铁离子氧化为铁离子，再结合Cu²⁺开始沉淀时的pH值，Fe转化为Fe（OH）₃更容易除去．加入H₂O₂，目的是将二价铁转化为三价铁，在III中调节溶液pH值，在这个过程中加了Cu₂（OH）₂CO₃，目的应是调节溶液的酸碱性，所以这里加Cu₂（OH）₂CO₃中和过量的硫酸，控制好溶液的pH值为3.7，刚好此时溶液中三价铁正全转化为Fe（OH）₃．当三价铁沉淀完全后，再进行过滤，滤液中剩余的阳离子主要有Cu²⁺，阴离子有SO₄^2-，再加硫酸，调节溶液pH值=1，目的是抑制Cu²⁺的水解，再分别进行蒸发、冷却、结晶后，最终得到产品胆矾，据此答题．

解答 解：废铜（主要杂质为Fe）来制备胆矾的流程：将金属全部溶解，再将存在的亚铁离子氧化为铁离子，再结合Cu²⁺开始沉淀时的pH值，可以Fe最终转化为Fe（OH）₃更容易除去，保证铜离子不会沉淀，不能引进杂质离子，加入H₂O₂，目的是将二价铁转化为三价铁，在III中调节溶液pH值，在这个过程中加了Cu₂（OH）₂CO₃，目的应是调节溶液的酸碱性，所以这里加Cu₂（OH）₂CO₃中和过量的硫酸，控制好溶液的pH值为3.7，刚好此时溶液中三价铁正全转化为Fe（OH）₃．当三价铁沉淀完全后，再进行过滤，滤液中剩余的阳离子主要有Cu²⁺，阴离子有SO₄^2-，再加硫酸，调节溶液pH值=1，目的是抑制Cu²⁺的水解，再分别进行蒸发、冷却、结晶后，最终得到产品胆矾．
（1）A可选用浓H₂SO₄、加热，稀硫酸不能溶解Cu，而浓FeCl₃溶液、浓HNO₃会引入杂质，
故答案为：b；
（2）H₂O₂与Fe²⁺发生氧化还原反应，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺后，调节pH，更容易除去，所以Ⅰ中加H₂O₂的目的将亚铁离子氧化为铁离子，
故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；
（3）在III中调节溶液pH值，在这个过程中加了Cu₂（OH）₂CO₃，这里加Cu₂（OH）₂CO₃中和过量的硫酸，控制好溶液的pH值为3.7，刚好此时溶液中三价铁正全转化为Fe（OH）₃，并且不引入新的杂质，
故答案为：中和过量的硫酸，调节溶液的pH，使Fe³⁺水解完全而沉淀；不引入新的杂质；
（4）Ⅲ加热煮沸时，促进铁离子水解，可以得到氢氧化铁沉淀，发生的化学反应的离子方程式为：Fe³⁺+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（OH）₃↓+3H⁺，
故答案为：Fe³⁺+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（OH）₃↓+3H⁺；
（5）V中加H₂SO₄调节pH=1是为了抑制Cu²⁺的水解，
故答案为：抑制Cu²⁺的水解；
（6）从硫酸铜溶液中获得硫酸铜晶体可以经过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤的方法，
故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤；
（7）Cu与浓硫酸反应过程中会产生SO₂，会对污染环境，这样会使硫酸的利用率低，所以可以向稀硫酸中不断通氧气（或者加H₂O₂）并加热，
故答案为：会产生SO₂，会对污染环境，硫酸的利用率低；可以向稀硫酸中不断通氧气（或者加H₂O₂）并加热．

点评 本题是一道实验方案的设计题，考查学生物质的制备、除杂等方面的综合知识，注意知识的灵活应用是关键，难度中等．