Question

13．某同学用工业硫酸铜（含硫酸亚铁等杂质）制备纯净的CuSO₄•5H₂O．工艺流程如下（部分操作和条件略）：
I．取工业硫酸铜固体，用稀硫酸溶解，过滤．
II．向滤液中滴加H₂O₂溶液，稍加热．
III．向II的溶液中加入CuO粉末至pH=4．
IV．加热煮沸，过滤，滤液用稀硫酸酸化至pH=1．
V．蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得晶体．
已知部分阳离子生成氢氧化物的pH、K_sp（25℃）如下表：

物质	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
开始沉淀时pH	2.7	7.6	4.7
完全沉淀时pH	3.7	9.6	6.7
Ksp	4.0×10-38	8.0×10-16	2.2×10-20

（1）II中发生反应的离子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）II中将Fe²⁺氧化为Fe³⁺的目的是在调节在pH=4时，只将Fe³⁺转化为沉淀除去，而不会使Cu²⁺转化为沉淀．
（3）用K₃[Fe（CN）₆]（铁氰化钾）验证II中Fe²⁺是否转化完全的现象是若有蓝色沉淀生说，说明Fe²⁺没有完全转化；若没有蓝色沉淀生成，说明Fe²⁺已经完全转化．
（4）III中发生反应的离子方程式是2Fe³⁺+3CuO+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Cu²⁺．
通过计算说明在此条件下的溶液中Fe³⁺是否沉淀完全（提示：当溶液中某离子浓度小于1.0×10^-5 mol•L^-1时可认为该离子沉淀完全）．
（5）应用化学平衡移动原理解释IV中“滤液用稀硫酸酸化”的原因用稀硫酸酸化至PH=1，可以抑制Cu²⁺在加热过程中水解，以获得纯净的硫酸铜晶体
（6）V中获得晶体的方法是蒸发浓缩、冷却结晶．

Answer 1

分析 （1）滴加H₂O₂能将亚铁离子氧化为三价铁离子便于除去，且不引入杂质，据此书写方程式；
（2）滴加H₂O₂溶液，稍加热，目的是氧化亚铁离子为三价铁离子便于除去，且不引入杂质，待反应完全后，慢慢加入CuO粉末，搅拌，以控制溶液pH=4，根据题给离子沉淀的PH范围可知，目的是让三价铁离子完全沉淀，铜离子不沉淀；
（3）亚铁离子和铁氰化钾溶液反应生成蓝色沉淀；
（4）操作I中用稀硫酸溶解，所以CuO与酸反应，促进三价铁反发生水解反应生成氢氧化铁沉淀；
（5）为了抑制Cu²⁺在加热过程中水解，Ⅳ中“滤液用稀硫酸酸化；
（6）由硫酸铜溶液获得硫酸铜晶体的方法为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．

解答 解：（1）滴加H₂O₂能将亚铁离子氧化为三价铁离子便于除去，过氧化氢为氧化剂，二价铁为还原剂，所以反应为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）除去亚铁离子得到纯净的硫酸铜溶液，根据沉淀PH范围可知，应先把亚铁离子转化为三价铁离子，再控制PH，开始沉淀pH2.7，完全沉淀pH3.7，使之完全沉淀，所以滴加H₂O₂溶液目的是氧化亚铁离子为三价铁离子，再慢慢加入CuO粉末，搅拌，以控制溶液pH=4，目的是在pH=4时铜离子不沉淀，三价铁离子沉淀完全，
故答案为：在调节在pH=4时，只将Fe³⁺转化为沉淀除去，而不会使Cu²⁺转化为沉淀；
（3）亚铁离子和铁氰化钾溶液反应生成蓝色沉淀，这是亚铁离子的特征反应，验证Ⅱ中Fe²⁺是否转化完全的现象是滴加K₃[Fe（CN）₆]若有蓝色沉淀生说，说明Fe²⁺没有完全转化；若没有蓝色沉淀生成，说明Fe²⁺已经完全转化，
故答案为：若有蓝色沉淀生说，说明Fe²⁺没有完全转化；若没有蓝色沉淀生成，说明Fe²⁺已经完全转化；
（4）操作I中加硫酸，向II的溶液中加入CuO粉末至pH为4，CuO和酸反应CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，促进三价铁离子水解，所以总反应为2Fe³⁺+3CuO+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Cu²⁺，故答案为：2Fe³⁺+3CuO+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Cu²⁺；
（5）铜离子水解溶液呈酸性，加酸能抑制铜离子水解，所以Ⅳ中“滤液用稀硫酸酸化”目的抑制Cu²⁺在加热过程中水解，以获得纯净的硫酸铜晶体，
故答案为：用稀硫酸酸化至PH=1，可以抑制Cu²⁺在加热过程中水解，以获得纯净的硫酸铜晶体；
（6）由硫酸铜溶液获得硫酸铜晶体的方法为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶．

点评 本题考查了铜的化合物的性质、制备、提纯除杂，利用题给信息，应用难溶物质在不同PH溶液中沉淀的程度不同进行除杂分离的步骤和原理，同时考查了实验基本操作，题目难度中等．