Question

7．实验室由含铁废铜为原料生产胆矾（CuSO₄•5H₂O）和石膏（CaSO₄•2H₂O）的实验流程如图所示：

    相关物质在不同温度下的溶解度（g/100g水）见下表．

温度（℃）	20	40	60	80	100
石膏	0.32	0.26	0.15	0.11	0.07
胆矾	32	44.6	61.8	83.8	114

请回答下列问题：
（1）红褐色滤渣的主要成分是Fe（OH）₃（写化学式）．
（2）在进行操作I时的最佳温度是100℃．
（3）从溶液中分离出产品Ⅱ的操作Ⅱ应为冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（4）取样检验步骤中检验的是Fe³⁺，检验Fe³⁺最灵敏的试剂是大家熟知的KSCN，可以检验痕量的Fe³⁺．还可用KI来检验：2Fe³⁺+2I^-?2Fe²⁺+I₂，有资料认为这可能是一个可逆反应．Fe³⁺与I^-反应后的溶液显深红色，它是I₂溶于KI溶液的颜色．为探究该深红色溶液中是否含Fe³⁺，进而证明这是否是一个可逆反应，试利用实验室常用仪器、用品及以下试剂设计方案并填写位于答题卷的下表．0.1mol/L的FeCl₃、KI、KSCN、NaOH、
H₂SO₄、KMnO₄溶液，CCl₄，蒸馏水．

编号	实验操作	预期现象和结论
①	在试管中加入少量FeCl3溶液和过量 （填少量、过量）的KI溶液．	深红色如期出现
②	将试管中的混合溶液转移至分液漏斗 （填仪器）中，倒入一定量的CCl4， 塞住活塞，充分振荡（萃取），静置．	液体分层，上层接近无色，下层紫红色
③	打开活塞，先放出下层液体，再从分液漏斗的上口中倒出水层于试管中，加入KSCN溶液	出现血红色，则反应后的混合物中含Fe3+，进而证明这的确是一个可逆反应；反之则不含Fe3+，进而证明不是一个可逆反应

Answer 1

分析 含铁的废铜为原料加入稀硫酸和稀硝酸的混合溶液，溶解后得到浸出液，在浸出液中主要含有Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺、SO₄^2-，加入石灰浆调节溶液PH沉淀铁离子，过滤得到红褐色滤渣为氢氧化铁沉淀，依据石膏和蓝矾的溶解度，控制100°C，滤液中析出石膏，滤液中主要为硫酸铜，通过加热蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到硫酸铜晶体；
（1）由工艺流程图转化关系可知，红褐色滤渣的主要成分为氢氧化铁；
（2）由表中溶解度关系可知，胆矾溶解度随温度升高增大，而石膏的溶解度随温度升高降低，所以应控制在较高的温度，物质分离较完全，制备的胆矾较纯；
（3）从溶液中分离出硫酸铜晶体应为将热溶液冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（4）证明2Fe³⁺+2I^-?2Fe²⁺+I₂是可逆反应，可在FeCl₃溶液中加入过量KI溶液，将反应后的液体转移至分液漏斗中加入四氯化碳萃取，如液体分层，上层接近无色，下层紫红色，说明生成I₂，再加入KSCN，如深红色如期出现，说明含有Fe³⁺，为可逆反应，否则不是可逆反应．

解答 解：含铁的废铜为原料加入稀硫酸和稀硝酸的混合溶液，溶解后得到浸出液，在浸出液中主要含有Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺、SO₄^2-，加入石灰浆调节溶液PH沉淀铁离子，过滤得到红褐色滤渣为氢氧化铁沉淀，依据石膏和蓝矾的溶解度，控制100°C，滤液中析出石膏，滤液中主要为硫酸铜，通过加热蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到硫酸铜晶体；
（1）由工艺流程图转化关系可知，浸出液中加入石灰浆调节pH值，铁离子转化为Fe（OH）₃沉淀析出，红褐色滤渣的主要成分为Fe（OH）₃；
故答案为：Fe（OH）₃；
（2）由表中溶解度关系可知，胆矾溶解度随温度升高增大，而石膏的溶解度随温度升高降低，所以应控制在较高的温度，温度应该控制在100℃，制备的胆矾相对较纯；
故答案为：100；
（3）从溶液中分离出硫酸铜晶体应为将热溶液冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
故答案为：冷却结晶；洗涤；
（4）证明2Fe³⁺+2I^-?2Fe²⁺+I₂是可逆反应，可在FeCl₃溶液中加入过量KI溶液，将反应后的液体转移至分液漏斗中加入四氯化碳萃取，如液体分层，上层接近无色，下层紫红色，说明生成I₂，再加入KSCN，如深红色如期出现，说明含有Fe³⁺，为可逆反应，否则不是可逆反应，故答案为：

编号	实验操作	预期现象和结论
①	过量
②	分液漏斗；CCl4；塞住活塞，充分振荡（萃取），静置	液体分层，上层接近无色，下层紫红色
③	打开活塞，先放出下层液体，再从分液漏斗的上口中倒出水层于试管中，加入KSCN溶液	出现血红色，则反应后的混合物中含Fe3+，进而证明这的确是一个可逆反应；反之则不含Fe3+，进而证明不是一个可逆反应

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、阅读题目获取信息能力、物质分离提纯等基本操作、化学平衡影响因素分析恒容平衡移动原理的应用、实验设计等，难度中等，要求学生要有扎实的实验基础知识和灵活应用信息、基础知识解决问题的能力．