题目内容

13.某化学活动小组按下图所示流程由粗氧化铜样品(含少量氧化亚铁及不溶于酸的杂质)制取无水硫酸铜.

已知Fe3+、Cu2+、Fe2+三种离子在水溶液中形成氢氧化物沉淀的pH范围如下图所示:

请回答下列问题:
(1)溶液A中所含溶质为CuSO4、FeSO4、H2SO4;物质X应选用②(填序号),目的是将亚铁离子氧化成铁离子
①氯水       ②双氧水        ③铁粉         ④高锰酸钾
(2)③操作中加入的试剂还可以换为BD(填字母序号)
A.NaOH     B.CuO      C.氨水     D.Cu2(OH)2CO3
(3)③操作中pH调为4的目的是使Fe3+沉淀完全,生成Fe(OH)3.

分析 将粗氧化铜(含少量氧化亚铁及不溶于酸的杂质)溶于过量硫酸,生成FeSO4、CuSO4,然后过滤,得到沉淀I为不溶于酸的杂质,溶液A中溶质为FeSO4、CuSO4和H2SO4,向溶液A中加入X调节pH过滤,得到溶液B,向溶液B中加入Cu(OH)2调节pH过滤,得到沉淀II,除去FeSO4、CuSO4和H2SO4中的FeSO4,根据氢氧化物沉淀需要的pH知,应该先将FeSO4氧化为铁盐,为不引进新的杂质,氧化剂X应该为Cl2或H2O2,然后向溶液中加入Cu(OH)2调节溶液的pH,所以沉淀II为Fe(OH)3,然后将溶液C蒸发浓缩、冷却结晶得到CuSO4•5H2O,最后在HCl氛围中加热CuSO4•5H2O得到CuSO4.
(1)根据物质的性质和药品的用量来分析溶液A中所含溶质;获得纯净的硫酸铜晶体,选用除去铁离子和亚铁离子,由于亚铁离子不易完全除去,应该使用氧化剂将亚铁离子氧化成铁离子,并且选用的氧化剂不能引进杂质离子、不能污染空气,据此进行解答;
(2)加入碱式碳酸铜或氧化铜后,不引入新的杂质,并可降低溶液中H+浓度,控制溶液的pH在3.7~5.2之间,使Fe3+水解转化为Fe(OH)3,而Cu2+不水解;
(3)根据Fe(OH)3的沉淀PH可知,通过调节pH可以使Fe3+沉淀完全但不能引入新的杂质.

解答 解:(1)氧化铜和氧化亚铁分别与硫酸反应生成硫酸铜和硫酸亚铁,又硫酸过量,则溶质A的主要成分为:FeSO4、CuSO4、H2SO4,
根据实验流程可知,测量氧化铜含量,需要获得纯净的硫酸铜晶体,应该先除去亚杂质铁离子、铁离子,由于亚铁离子完全沉淀的pH=9.6,此时铜离子也完全沉淀,而铁离子完全沉淀的pH=3.7,此时铜离子没有生成沉淀,所以应该加入X将亚铁离子氧化成铁离子,并且选用的氧化剂不能引进杂质离子,不能产生污染大气的气体,所以应该选用②(双氧水),2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O,符合要求,铁粉具有还原性,氯水、高锰酸钾具有氧化性,但引入新的杂质,
故答案为:CuSO4、FeSO4、H2SO4;②;将亚铁离子氧化成铁离子;
(2)因为入碱式碳酸铜或氧化铜后,不引入新的杂质,并可降低溶液中H+浓度,控制溶液的pH在3.7~5.2之间,使Fe3+水解转化为Fe(OH)3,而Cu2+不水解,
故答案为:BD;
(3)制取无水硫酸铜,应该先除去亚杂质铁离子、铁离子,通过氧化剂氧化亚铁离子,Fe(OH)3的沉淀PH3.7,通过调节pH=4,可以使Fe3+沉淀完全但不能引入新的杂质,
故答案为:使Fe3+沉淀完全,生成Fe(OH)3.

点评 本题考查了无水硫酸铜的制备,涉及物质制备实验设计、物质分离的实验基本操作,注意理解和掌握物质性质和实验原理是解题关键,题目难度中等.

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