Question

5．孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量铁的氧化物和硅的氧化物．以下是实验室以孔雀石为原料制备CuSO₄•5H₂O晶体的流程图：
（1）研磨孔雀石的目的是加快反应速率．
浸泡孔雀石的试剂A若选用过量的稀硫酸，则固体a是SiO₂ （填化学式）．
（2）试剂B的目的是将溶液中的Fe²⁺转化为Fe³⁺，则试剂B宜选用B （填序号）：
A．酸性KMnO₄溶液      B．双氧水      C．浓硝酸      D．氯水
相应的离子方程式为：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）试剂C用于调节溶液pH，使Fe³⁺转化为沉淀予以分离．则试剂C宜选用D（填序号）：
A．稀硫酸        B．NaOH溶液       C．氨水        D．CuO
固体c的化学式为Fe（OH）₃．
（4）1mol氨气通过加热的Cu₂（OH）₂CO₃可以产生1.5mol金属铜，氨气被还原产生N₂，则该反应的化学方程式为4NH₃+3Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2N₂+6Cu+3CO₂+9H₂O．

Answer 1

分析 孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量铁的氧化物和硅的氧化物，将孔雀石研磨然后加入试剂A浸泡，得到气体a、溶液a和固体a，因为最终得到硫酸铜，且能得到气体，试剂A为稀硫酸，碱式碳酸铜、铁的氧化物都能和稀硫酸反应生成硫酸盐，二氧化硅和稀硫酸不反应，所以a为CO₂、溶液中溶质为硫酸铜、铁的硫酸盐，固体a为SiO₂；试剂B的目的是将溶液中的Fe²⁺转化为Fe³⁺，试剂B应该具有强氧化性，能氧化亚铁离子但不能引进新的杂质，所以B为双氧水；
试剂C用于调节溶液pH，使Fe³⁺转化为沉淀予以分离，加入的物质能和稀硫酸反应，能将铁离子转化为沉淀，但不能引进新的杂质；然后过滤得到固体c和溶液c，将溶液c加热浓缩、冷却结晶、过滤得到五水硫酸铜，据此分析解答．

解答 解：孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量铁的氧化物和硅的氧化物，将孔雀石研磨然后加入试剂A浸泡，得到气体a、溶液a和固体a，因为最终得到硫酸铜，且能得到气体，试剂A为稀硫酸，碱式碳酸铜、铁的氧化物都能和稀硫酸反应生成硫酸盐，二氧化硅和稀硫酸不反应，所以a为CO₂、溶液中溶质为硫酸铜、铁的硫酸盐，固体a为SiO₂；试剂B的目的是将溶液中的Fe²⁺转化为Fe³⁺，试剂B应该具有强氧化性，能氧化亚铁离子但不能引进新的杂质，所以B为双氧水；
试剂C用于调节溶液pH，使Fe³⁺转化为沉淀予以分离，加入的物质能和稀硫酸反应，能将铁离子转化为沉淀，但不能引进新的杂质；然后过滤得到固体c和溶液c，将溶液c加热浓缩、冷却结晶、过滤得到五水硫酸铜，
（1）反应物的接触面积越大，反应速率越快，所以研磨孔雀石的目的是加快反应速率；
浸泡孔雀石的试剂A若选用过量的稀硫酸，只有二氧化硅不和稀硫酸反应，则固体a是，
故答案为：加快反应速率；SiO₂；
（2）试剂B的目的是将溶液中的Fe²⁺转化为Fe³⁺，B应该具有强氧化性且不能引进新的杂质，
酸性高锰酸钾、浓硝酸和氯水都具有强氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子同时产生杂质，双氧水不能产生杂质，故选B；
相应的离子方程式为：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：B；2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）试剂C用于调节溶液pH，使Fe³⁺转化为沉淀予以分离，C能和稀硫酸反应导致溶液pH升高，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，但不能引进杂质，
A．加入稀硫酸溶液pH降低，铁离子不能转化为沉淀，故错误；        
B．加入NaOH溶液，铁离子、铜离子都产生沉淀，且引进新的杂质，故错误；
C．加入氨水，铁离子、铜离子都产生沉淀，且引进新的杂质，故错误；
D．加入CuO，CuO和稀硫酸反应生成硫酸铜和水，导致溶液pH升高，且不引进新的杂质，故正确；
固体c的化学式为Fe（OH）₃，
故答案为：D；Fe（OH）₃；
（4）1mol氨气通过加热的Cu₂（OH）₂CO₃可以产生1.5mol金属铜，氨气被还原产生N₂，则氨气和碱式碳酸铜的计量数之比为1mol：0.75mol=4：3，再结合原子守恒配平方程式为4NH₃+3Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2N₂+6Cu+3CO₂+9H₂O，故答案为：4NH₃+3Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2N₂+6Cu+3CO₂+9H₂O．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及试剂的选取、基本实验操作、除杂等知识点，明确实验原理是解本题关键，知道每个过程发生的反应及基本操作方法，注意选取试剂时不能引进新的杂质，注意（3）题是利用氢氧化铁溶解度受pH的影响选取试剂，而不是直接用铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化铁，为易错点．