Question

8．某矿样含有大量的CuS、少量铁的氧化物及少量其它不溶于酸的杂质．某化学课外小组设计如图流程，取该矿样为原料生产CuC1₂•2H₂O 晶体．

已知：常温下，金属离子开始沉淀和沉淀完全时的pH 如表．

金属 离子	氢氧化物开始沉淀的pH	氢氧化物沉淀完全的pH
Fe2+	7.0	9.0
Fe3+	1.9	3.2
Cu2+	4.7	6.7

回答下列问题：
（l）步骤①的焙烧过程中需要通入氧气．在实验室中，可使用常见化学物质利用如图所示装置制取氧气，试写出熟悉的符合上述条件的两个化学方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂ ↑、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑．
（2）焙烧产生的尾气中含有的一种气体是形成酸雨的污染物，若将尾气通入氨水中，能发生多个反应，写出其中可能发生的两个氧化还原反应的化学方程式：2（NH₄）₂SO₃+O₂═2（NH₄）₂SO₄、2NH₄HSO₃+O₂═2NH₄HSO₄．
（3）步骤②酸浸过程中，需要用到3mol•L^-1的盐酸100mL，配制该盐酸溶液时，除了用到烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还需要的仪器有100ml的容量瓶，量筒．
（4）步骤④加入物质X的目的是控制溶液的pH，使Fe³⁺以沉淀的形式全部沉淀，物质X 可以选用下列物质中的D．
（A）氢氧化钠　（B）稀盐酸　（C）氨水　（D）氧化铜
（5）当溶液中金属离子浓度低于1×10^-5 mol•L^-1时，认为该金属离子沉淀完全，则K_sp[Fe（OH）₂]=1×10^-15．

Answer 1

分析 矿样含有大量的CuS、少量铁的氧化物及少量其它不溶于酸的杂质，在氧气中焙烧，产生二氧化硫尾气，得到的固体为铜、铁的氧化物，用酸浸过滤，得滤液中含有铜离子和铁离子，在滤液中加入X调节溶液的PH值，使铁离子水解产生沉淀而除去，为了不引入新的杂质，可用氧化铜，故X为氧化铜，过滤得氯化铜溶液，将溶液进行浓缩结晶可得氯化铜晶体，
（1）步骤①的焙烧过程中需要通入氧气，装置是快速制氧气的装置，所以分液漏斗中加入锥形瓶中发生反应生成氧气；
（2）二氧化硫中的硫为+4价，具有还原性，空气中的氧气具有氧化性；
（3）配制该盐酸溶液时，除了用到烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还需要的仪器依据配制溶液的步骤；
（4）步骤④加入物质X的目的是控制溶液的PH，使Fe³⁺以沉淀的形式全部沉淀，物质X是和溶液中酸反应调节溶液PH，但不能引入新的杂质；
（5）根据题意，溶液中PH值在9.0时，亚铁离子沉淀完全，根据K_sp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）•c²（OH^-）计算．

解答 解：（1）步骤①的焙烧过程中需要通入氧气，装置是快速制氧气的装置，所以分液漏斗中加入锥形瓶中发生反应生成氧气，反应的化学方程式为：
2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂ ↑、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，故答案为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂ ↑、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；
（2）将尾气通入氨水中，尾气中的SO₂与氨水反应，氨水少量时：SO₂+NH₃•H₂O=NH₄HSO₃；氨水过量时：SO₂+2NH₃•H₂O=（NH₄）₂SO₃+H₂O，生成的盐中硫的化合价为+4价，遇氧化剂氧气能升高到+6价，
故答案为：2（NH₄）₂SO₃+O₂═2（NH₄）₂SO₄；2NH₄HSO₃+O₂═2NH₄HSO₄；
（3）配制该盐酸溶液时，除了用到烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还需要的仪器有100ml的容量瓶，量筒；故答案为：100ml的容量瓶，量筒；
（4）步骤④加入物质X的目的是控制溶液的PH，使Fe³⁺以沉淀的形式全部沉淀，物质X是和溶液中酸反应调节溶液PH，但不能引入新的杂质，所以：
A、加入氢氧化钠后，引入钠离子杂质，故A不符合；
B、稀盐酸引入了氯离子，故B不符合；
C、氨水加入引入铵根离子，故C不符合；
D、氧化铜难溶于水，加入到溶液中和酸反应调节pH，使三价铁离子全部沉淀，且不引入杂质，故D符合；
故选D．
故答案为：控制溶液的pH，使Fe³⁺以沉淀的形式全部沉淀；D；
（5）根据题意，溶液中PH值在9.0时，亚铁离子沉淀完全，此时溶液中c（OH^-）=1×10^-5 mol/L，c（Fe²⁺）=1×10^-5 mol•L^-1，所以K_sp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）•c²（OH^-）=1×10^-5×（1×10 ^-5）² =1×10^-15，故答案为：1×10^-15．

点评 本题考查了物质转化关系和物质性质的应用，主要考查物质分离的流程分析和原理利用，溶液配制，防倒吸的选择，实验基本操作的判断．