Question

14．粗CuO是将工业废铜、废电线及废铜合金高温焙烧而成的，杂质主要是铁的氧化物及泥沙，以粗CuO为原料制备CuSO₄•5H₂O的主要步骤如下图所示：

已知：Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺转化为氢氧化物时，开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表：

	Fe3+	Fe2+	Cu2+
氢氧化物开始沉淀时的pH	1.9	7.0	4.7
氢氧化物沉淀完全时的pH	3.2	9.0	6.7

（1）写出CuO溶解时的离子方程式CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O．滤渣②的成分是Fe（OH）₃．
（2）加入3% H₂O₂之前需将热溶液冷却，其目的是防止双氧水分解；加入H₂O₂后，发生反应的离子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）加入2mol/L氨水后，溶液的pH应在3.2～4.7范围内．
（4）经过操作Ⅰ得到粗胆矾，经过操作Ⅱ得到精制胆矾．两步操作相同，都包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等步骤．其中“洗涤”的目的是洗去表面的杂质离子．

Answer 1

分析 在粗CuO中加入硫酸生成硫酸铜、硫酸铁、硫酸亚铁等物质，经操作I得到粗胆矾，然后加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子，使之在铜离子之前沉淀，加氨水调节pH值目的是让三价铁离子沉淀，但是铜离子不沉淀，然后调节溶液pH1～2之间可得到纯净的硫酸铜溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，可以得到胆矾晶体．
（1）氧化铜和硫酸反应生成硫酸铜和水，滤渣②的成分是氢氧化铁；
（2）双氧水具有氧化性，在加热条件下会发生分解反应生成水以及氧气；过氧化氢与Fe²⁺发生氧化还原反应；
（3）调节pH的范围应使Fe³⁺完全沉淀而Cu²⁺不生成沉淀，由表中数据可知应调节pH介于3.2～4.7之间；
（4）根据溶液得到晶体的方法：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，洗涤、干燥，洗涤洗去表面的杂质离子．

解答 解：（1）氧化铜和硫酸反应CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，离子反应为：CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，在粗CuO中加入硫酸生成硫酸铜、硫酸铁、硫酸亚铁等物质，经操作I得到粗胆矾，然后加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子，使之在铜离子之前沉淀，加氨水调节pH值目的是让三价铁离子沉淀，但是铜离子不沉淀，所以滤渣②的成分是氢氧化铁，
故答案为：CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O；Fe（OH）₃；
（2）双氧水具有氧化性，可以将亚铁离子氧化为铁离子，在加热条件下双氧水会发生分解反应生成水以及氧气，过氧化氢与Fe²⁺发生氧化还原反应，反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：防止双氧水分解；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）根据流程和目的，加氨水调节pH值目的是让三价铁离子沉淀，但是铜离子不沉淀，根据表中的数据，三价铁离子沉淀完全的pH是3.2，铜离子开始沉淀的pH为4.7，所以调节的pH范围是3.2～4.7，
故答案为：3.2～4.7；
（4）经操作Ⅰ得到粗胆矾，经操作Ⅱ得到精制胆矾，两步操作都包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等步骤，其中“洗涤”的目的是洗去表面的杂质离子，如铵根离子，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；洗去表面的杂质离子．

点评 本题考查物质的制备实验方案的设计，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，为高考常见题型，注意根据流程图把握实验的原理和物质分离提纯的操作方法，题目难度中等．