Question

硅孔雀石是一种含铜的矿石，含铜形态为CuCO₃?Cu（OH）₂和CuSiO₃?2H₂O，同时含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、A1₂O₃等杂质．以硅孔雀石为原料制取硫酸铜的工艺流程如下图：

请回答下列问题：
（1）完成步骤①中稀硫酸与CuSiO₃?2H₂O发生反应的化学方程式CuSiO₃?2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+

 

+H₂O；用离子方程式表示双氧水的作用

 

．
（2）步骤②调节溶液pH选用的最佳试剂是

 

．
A．Fe₂O₃ B．CuO   C．A1₂O₃ D．NH₃?H₂O
（3）有关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表：

氢氧化物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
开始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7

由上表可知：当溶液pH=4时，可以完全除去的离子是

 

，不能完全除去的离子是

 

．
（4）滤液B通过蒸发浓缩（设体积浓缩为原来的一半）、冷却结晶可以得到CuSO₄?5H₂O晶体．某同学认为上述操作会拌有硫酸铝晶体的析出．请你结合相关数据对该同学的观点予以评价（已知常温下，A1₂（SO₄）₃饱和溶液中c（A1³⁺）=2.25mol?L^-1，K_sp[A1（OH）₃]=3.2×10^-34）

 

．
（5）若要测定硫酸铜晶体中结晶水的含量，需要的仪器是酒精灯、托盘天平、三角架、泥三角、玻璃棒、干燥器、坩埚钳、研钵、药匙、

 

．实验过程中硫酸铜晶体加热失水后在空中冷却后称量，则测定结果

 

（填“偏高”、“偏低”或“不变”）．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,物质的检验和鉴别的基本方法选择及应用

专题：实验设计题

分析：（1）根据质量守恒定律，未知物应该是硅酸，利用观察法配平反应方程式即可；双氧水将亚铁离子氧化成铁离子的离子方程式；
（2）根据滤液A显示酸性，加入的试剂不能引进新的杂质进行分析；
（3）根据氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH列表进行分析PH=4完全沉淀、不完全沉淀的离子；
（4）根据氢氧化铝的溶度积解及溶液的pH=4，计算出铝离子的浓度，再进行判断是否有硫酸铝析出；
（5）根据测定硫酸铜晶体中结晶水含量的实验步骤选择使用的仪器；空气中冷却，称量的固体质量增加，测量结果偏低．

解答： 解：（1）利用质量守恒定律，可以判断未知物是硅酸，利用观察法配平反应方程式为：CuSiO₃?2H₂O+H₂SO₄═CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O；双氧水将亚铁离子氧化成铁离子的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：H₂SiO₃；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（2）由于滤液A显示酸性，加入的试剂能够中和溶液中的氢离子，还不能引进新的杂质，所以应该选用B氧化铜，故选B；
（3）有表中数据可知，pH=4时，三价铁离子完全生成了氢氧化铁沉淀，而铝离子完全沉淀需要的PH是5.2，所以铝离子没有完全沉淀，
故答案为：Fe³⁺；Al³⁺；
（4）PH=4时，溶液中的氢氧根离子的浓度为：1×10^-10mol/L，溶液中铝离子浓度为：

3.2×10-34

(1×10-10)3

mol/L=3.2×10^-4mol/L，浓缩后c（Al³⁺）=6.4×10^-4mol/L＜＜2.25mol/L，所以不会有硫酸铝晶体析出，
故答案为：该同学的观点是错误的；通过计算可知，滤液B中，c（Al³⁺）=3.2×10^-4mol/L，浓缩后c（Al³⁺）=6.4×10^-4mol/L＜＜2.25mol/L，所以不会有硫酸铝晶体析出；
（5）测定硫酸铜晶体中结晶水的含量，需要的仪器是酒精灯、托盘天平、三角架、泥三角、玻璃棒、干燥器、坩埚钳、研钵、药匙和坩埚；若是在空中冷却后称量，导致称量的剩余固体质量偏大，计算出结晶水的质量偏小，结果偏低，
故答案为：坩埚；偏低．

点评：本题借助硅孔雀石为原料制取硫酸铜的工艺流程，考查了化学方程式书写、误差分析、化学计算等知识，可以根据所学知识完成，本题难度中等．