题目内容

19．孔雀石主要成分是Cu2（OH）2CO3，还含少量FeCO3及Si的化合物，实验室以孔雀石为原料制备硫酸铜晶体的步骤如图：

（1）步骤Ⅱ中试剂①是b（填代号）．
a．KMnO4　　　　　b．H2O2         c．Fe粉          d．KSCN
（2）步骤Ⅳ获得硫酸铜晶体，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作．
（3）高铁酸钾（K2FeO4）具有高效的消毒作用，为一种新型非氯高效消毒剂，它可以通过Fe（OH）3与NaCIO和NaOH的混合液制备，写出此离子方程式：2Fe（OH）3+3C1O-+4OH-=2FeO42-+3C1-+5H2O．在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为：2K2FeO4+3Zn═Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2　该电池正极发生的反应的电极反应式为：2FeO42ˉ+6eˉ+5H2O=Fe2O3+10OHˉ．
（4）步骤Ⅲ加入CuO目的是调节溶液的pH．查阅有关资料得到如下数据，常温下Fe（OH）3的溶度积常数Ksp=8.0×10-38，Cu（OH）2的溶度积常数Ksp=3.0×10-20，通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol•L-1时就认为沉淀完全．设溶液2中Cu2+的浓度为3.0mol•L-1．步骤Ⅲ加入CuO目的是调节溶液的pH，根据以上数据计算应调节溶液的pH范围是3.3≤pH＜4．（已知 lg5=0.7）
（5）测定硫酸铜晶体（CuSO4•xH2O）中结晶水的x值：称取2.4g硫酸铜晶体，加热至质量不再改变时，称量粉末的质量为1.6g．则计算得x=4.4（计算结果精确到0.1）．

分析 孔雀石的主要成分为Cu2（OH）2CO3，还含少量FeCO3、Si的化合物，加入稀硫酸反应后生成二氧化碳气体，过滤得到二氧化硅固体，得到滤液1为硫酸铜、硫酸亚铁溶液，“除杂”时先通入足量过氧化氢将Fe2+氧化成Fe3+，得到溶液2为硫酸铜、硫酸铁溶液，再加入CuO固体调节溶液pH，沉淀铁离子生成氢氧化铁沉淀；过滤得到滤液为硫酸铜溶液，滤液3为硫酸铜溶液，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到硫酸铜晶体；
（1）步骤Ⅱ中加入试剂①的目的是氧化亚铁离子为铁离子，便于除去，所加试剂能和亚铁离子反应且不能引入新的杂质；
（2）溶液中得到溶质的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤；
（3）NaClO与Fe（OH）3在强碱性条件下反应制得K2FeO4，Fe元素的化合价升高，则Cl元素的化合价降低，结合电子、电荷守恒解答，在碱性锌电池中，锌做负极发生氧化反应，K2FeO4在正极发生还原反应生成氧化铁，据此书写电极反应式，注意电解质溶液为碱性溶液；
（4）步骤Ⅲ加入CuO目的是调节溶液的pH使铁离子沉淀完全，同时铜离子不沉淀，依据常温下Fe（OH）3和Cu（OH）2的溶度积常数计算溶液中的氢离子浓度，据此判断pH范围；
（5）称量粉末的质量为1.6g为硫酸铜质量，受热前后质量变化为结晶水的质量，结合化学方程式CuSO4•xH2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+xH2O计算x．

解答 解：孔雀石的主要成分为Cu2（OH）2CO3，还含少量FeCO3、Si的化合物，加入稀硫酸反应后生成二氧化碳气体，过滤得到二氧化硅固体，得到滤液1为硫酸铜、硫酸亚铁溶液，“除杂”时先通入足量过氧化氢将Fe2+氧化成Fe3+，得到溶液2为硫酸铜、硫酸铁溶液，再加入CuO固体调节溶液pH，沉淀铁离子生成氢氧化铁沉淀；过滤得到滤液为硫酸铜溶液，滤液3为硫酸铜溶液，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到硫酸铜晶体；
（1）步骤Ⅱ中加入试剂①的目的是氧化亚铁离子为铁离子，便于沉淀除去，所加试剂能和亚铁离子反应且不能引入新的杂质，
a．KMnO4溶液加入后，能氧化亚铁离子，但会引入钾离子、锰离子，故a不符合；　　　　
b．加入H2O2会氧化亚铁离子为铁离子，过氧化氢被还原为水，不引入杂质，故b符合；       
c．Fe粉不能氧化亚铁离子，故c不符合；          
d．加入KSCN溶液结合铁离子形成络合物，不能氧化亚铁离子，亚铁离子的存在会干扰硫酸铜晶体的析出，故d不符合；
故答案为：b；
（2）操作Ⅳ是溶液中得到溶质的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤；
故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；
（3）NaClO与Fe（OH）3在强碱性条件下反应制得K2FeO4，Fe元素的化合价升高，则Cl元素的化合价降低，由电子、电荷守恒可知离子反应为2Fe（OH）3+3C1O-+4OH-=2FeO42-+3C1-+5H2O，在碱性锌电池中，锌做负极发生氧化反应，K2FeO4在正极发生还原反应生成氧化铁，正极的电极反应式为2FeO42ˉ+6eˉ+5H2O=Fe2O3+10OHˉ，
故答案为：2Fe（OH）3+3C1O-+4OH-=2FeO42-+3C1-+5H2O；2FeO42ˉ+6eˉ+5H2O=Fe2O3+10OHˉ；
（4）Cu（OH）2的溶度积Ksp=3.0×10-20，溶液中CuSO4的浓度为3.0mol•L-1，c（Cu2+）=3.0mol•L-1；依据溶度积常数c（Cu2+）×c2（OH-）=3.0×10-20；c2（OH-）=$\frac{3.0×10{\;}^{-20}}{3.0}$=10-20；得到c（OH-）=10-10mol/L，依据水溶液中的离子积c（H+）×c（OH-）=10-14；求的c（H+）=10-4mol/L，溶液pH=4，则Cu（OH）2开始沉淀时溶液的pH为4；残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol•L-1时就认为沉淀完全，Fe（OH）3的溶度积Ksp=8.0×10-38，c（Fe3+）×c3（OH-）=8.0×10-38；c3（OH-）=$\frac{8.0×10{\;}^{-38}}{1×10{\;}^{-5}}$=8.0×10-33；求得c（OH-）=2×10-11mol/L；水溶液中的离子积c（H+）×c（OH-）=10-14；c（H+）=5×10-4mol/L，则pH=3.3；所以要除去Fe3+而不损失Cu2+溶液的pH范围是3.3≤pH＜4，
故答案为：3.3≤pH＜4；
（5）称取2.4g硫酸铜晶体，加热至质量不再改变时，称量粉末的质量为1.6g为硫酸铜质量，n（CuSO4）物质的量=$\frac{1.6g}{160g/mol}$=0.01mol，受热质量减少2.4g-1.6g=0.8g，水的物质的量=$\frac{0.8g}{18g/mol}$=0.044mol；
CuSO4•xH2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+xH2O
              1     x
         0.01mol    0.044mol
 x=4.4
故答案为：4.4．

点评 本题考查了物质分离方法和提纯的应用，涉及物质性质的理解应用、电化学知识、溶液pH值的计算等，综合性强，掌握实验基本操作和流程分析是关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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9．为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿烧渣（铁主要以Fe2O3存在）转变成重要的化工原料FeSO4（反应条件略）．

活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为：FeS2+7Fe2（SO4）3+8H2O═15FeSO4+8H2SO4，
不考虑其他反应．请回答下列问题：
（1）第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O．
（2）检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原，应选择C（填字母编号）．
A．KMnO4溶液    B．K3[Fe（CN）6]溶液　　C．KSCN溶液
（3）第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2，此时Fe2+不沉淀，滤液中铝、硅杂质被除尽．通入空气引起溶液pH降低的原因是：氧气可以将Fe2+离子氧化为Fe3+离子，Fe3+离子水解生成H+．
（4）FeSO4可转化为FeCO3，FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料．已知25℃，101kPa时：
4Fe（s）+3O2（g）═2Fe2O3（s）△H=-1648kJ/mol
C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-393kJ/mol
2Fe（s）+2C（s）+3O2（g）═2FeCO3（s）△H=-1480kJ/mol
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是4FeCO3（s）+O2（g）=2Fe2O3（s）+4CO2（g）△H=-260kJ/mol．
（5）FeSO4在一定条件下可制得FeS2（二硫化亚铁） 纳米材料．该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li+FeS2═Fe+2Li2S，正极反应式是FeS2+4Li++4e-=Fe+2Li2S或FeS2+4e-=Fe+2S2-．
10．下列化学实验基本操作中正确的是（　　）
A．加热灼烧海带时要在蒸发皿中进行
B．蒸馏时，水从冷凝管上部通入，从下部流出
C．向某溶液中加入AgNO3溶液，生成白色沉淀，该溶液一定含有Cl-
D．分液时，碘的四氯化碳溶液从分液漏斗下口放出，水层从上口倒出
7．用如图装置不能达到有关实验目的是（　　） 
A．用甲图装置电解精炼铝
B．用乙图装置制备 Fe（OH）2
C．用丙图装置可制得金属锰
D．用丁图装置验证 NaHCO3 和 Na2CO3的热稳定性
14．将磷肥生产中形成的副产物石膏（CaSO4•2H2O）转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义．以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图．

（1）本工艺中所用的原料除CaSO4•2H2O、KCl外，还需要CaCO3、（或CaO）、NH3、H2O等原料
（2）写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式：
CaSO4+CO32-=CaCO3+SO42-
（3）过滤Ⅰ操作所得固体中，除CaCO3外还含有CaSO4（填化学式）等物质，该固体可用作生产水泥的原料．
（4）过滤Ⅰ操作所得滤液是（NH4）2SO4溶液．检验滤液中含有CO32-的方法是：取少量溶液，滴加稀盐酸，若有气泡产生则还含有CO32-，
反之则不含有CO32-．
（5）已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如表：
温度（℃）02060
K2SO4溶解的量（g）7.411.118.2
60℃时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0℃，可析出K2SO4晶体54g
（6）氯化钙结晶水合物（CaCl2•6H2O）是目前常用的无机储热材料，选择的依据是Ad
A、熔点较低（29℃熔化）      b、能导电        c、能制冷       d、无毒
（7）上述工艺流程中体现绿色化学理念的是：碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等
原子利用率高，没有有害物质排放到环境中．
4．北京时间8月12日晚23时30分左右，天津滨海新区开发区发生剧烈爆炸，共有两次爆炸，间隔约30秒，第二次爆炸威力更高，相当于21吨TNT或者46枚战斧式巡航导弹．涉事的天津瑞海国际物流有限公司官网显示，该公司仓储业务的商品类别有：压缩气体和液化气体（氩气、压缩天然气等）；易燃液体（甲乙酮、乙酸乙酯等）；易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品（金属钠、金属镁，硫磺、硝化纤维素、电石、硅钙合金等）；氧化剂和有机过氧化物（硝酸钾、硝酸钠等）；毒害品（氰化钠、甲苯二异氰酸酯等）；腐蚀品、杂类（甲酸、磷酸、甲基磺酸、烧碱、硫化碱等）等多个种类．
已知：氰化氢（HCN）标准状态下为液体．氰化氢易在空气中均匀弥散，在空气中可燃烧．氰化氢在空气中的含量达到5.6%～12.8%时，具有爆炸性．氢氰酸属于剧毒类．氢氰酸（HCN）、碳酸在室温下的电离常数分别为，HCN，Ka=6.2×10-10mol•L-1；
H2CO3，Ka1=4.4×10-7mol•L-1，Ka2=4.7×10-11mol•L-1
请用化学方程式回答下列各题：
（1）乙酸乙酯，易燃，室温下，44g乙酸乙酯完全燃烧放出 1122.1kJ热量，请写出乙酸乙酯燃烧热 的热化学反应方程式：CH3COOCH2CH3（l）+5O2（g）=4CO2（g）+4H2O（l），△H=-2244.2kJ/mol．
（2）助燃剂硝酸钠，遇可燃物着火时，能分解产生一种气体助长火势，请用化学方程式表示原因：2NaNO3=2NaNO2+O2↑．
（3）易燃固体金属钠，禁止用水枪喷水灭火，请用化学方程式表示原因：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑．
（4）在氰化钠发生火灾时，禁止用泡沫灭火剂灭火，否则有易爆性物质生成，请用化学方程式表示原因：NaCN+CO2+H2O=HCN+NaHCO3．
（5）大量次氯酸钠用于“破氰”（氰化钠）反应，生成无害物质，请写出该反应的化学方程式：5NaClO+2NaCN=5NaCl+CO2↑+N2↑+Na2CO3．
11．已知下列三个反应可以进行：2W-+X2=2X-+W2；2Y-+W2=2W-+Y2；2X-+Z2=2Z-+X2．下列结论正确的是（　　）
A．还原性：X-＞Y-
B．在X-、Y-、Z-、W- 中 Z- 的还原性最强
C．氧化性：Z2＞W2
D．反应2Z-+Y2=2Y-+Z2可以发生
8．实验室用Na2CO3•10H2O晶体配制50g 质量分数为21.2%的Na2CO3溶液．回答下列问题：
（1）应用托盘天平称取Na2CO3•10H2O晶体28.6 g．
（2）用托盘天平和小烧杯称出碳酸钠晶体的质量，天平平衡后的状态如图．由图中可以看出，该同学在操作时犯了一个错误砝码和物品位置颠倒，实际称量的碳酸钠晶体质量为21.4g．
9．对下列物质分类全部正确的是（　　）
①食盐水    
②NaOH     
③盐酸  
④液态氧   
⑤蔗糖     
⑥KClO3．
A．纯净物②③⑥B．混合物①③④C．电解质②⑥D．非电解质④⑤

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