Question

16．工业上需要利用一批回收的含铜废料制造胆矾（CuSO₄•5H₂O）．该废料中各种成份含量如下：Cu和CuO约占87%，其它为Mg、Al、Fe、Si及其氧化物，还有少量的难溶物质．工艺流程为：

部分金属阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如表：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Cu（OH）2	Mg（OH）2	Fe（OH）2
pH	5.2	3.1	6.7	9.4	9.7

请回答下列问题：
（1）步骤①中为什么要将含铜废料研磨成粉状？增大固体反应物的表面积，增大化学反应的速率．
（2）步骤②中的离子方程式（写出2个即可）：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑、Si+2OH^-+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑或Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O或SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（3）步骤⑤中H₂O₂参加反应的离子方程式：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）步骤⑥中调节溶液pH时适宜的物质是C、D（填序号）．
A．NaOH     B．氨水    C．Cu₂（OH）₂CO₃    D．Cu（OH）₂      E．MgCO₃
（5）步骤⑦中用硫酸调节pH=2～3的原因是抑制Cu²⁺的水解，也不会引入杂质．
（6）步骤⑧的分离方法步骤是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，（洗涤、干燥）．

Answer 1

分析 含铜废料制造胆矾（CuSO₄•5H₂O），Cu和CuO约占87%，其它为Mg、Al、Fe、Si及其氧化物，还有少量的难溶物质，粉碎后加过量热碱溶液，Al、Si及其氧化物能与碱反应生成物溶于水，过滤得到滤渣为Cu、Mg、Fe及其氧化物，还有少量的难溶物质，水洗至PH=7，加稀硫酸、双氧水于80℃保温0.5h，CuO、MgO、FeO都溶于稀硫酸生成硫酸铜、硫酸镁、硫酸亚铁，铜和亚铁离子被双氧水氧化成铜离子和三价铁离子，调至PH=5.2，沉降1小时，三价铁离子沉淀完全，过滤得到滤渣氢氧化铁和滤液，滤液中含有铜离子和镁离子，用硫酸调节溶液pH=2～3，经过对滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到产品，蒸发浓缩时会导致Cu²⁺发生水解生成Cu（OH）₂，用硫酸调节pH=2～3是为了抑制Cu²⁺的水解，也不会引入杂质，据此答题．

解答 解：含铜废料制造胆矾（CuSO₄•5H₂O），Cu和CuO约占87%，其它为Mg、Al、Fe、Si及其氧化物，还有少量的难溶物质，粉碎后加过量热碱溶液，Al、Si及其氧化物能与碱反应生成物溶于水，过滤得到滤渣为Cu、Mg、Fe及其氧化物，还有少量的难溶物质，水洗至PH=7，加稀硫酸、双氧水于80℃保温0.5h，CuO、MgO、FeO都溶于稀硫酸生成硫酸铜、硫酸镁、硫酸亚铁，铜和亚铁离子被双氧水氧化成铜离子和三价铁离子，调至PH=5.2，沉降1小时，三价铁离子沉淀完全，过滤得到滤渣氢氧化铁和滤液，滤液中含有铜离子和镁离子，用硫酸调节溶液pH=2～3，经过对滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到产品，蒸发浓缩时会导致Cu²⁺发生水解生成Cu（OH）₂，用硫酸调节pH=2～3是为了抑制Cu²⁺的水解，也不会引入杂质，
（1）反应物的接触面积与反应速率成正比，将含铜废料研磨成粉状，增大固体反应物的接触面积，加快了反应速率，
故答案为：增大固体反应物的表面积，增大化学反应的速率；
（2）铝、硅及氧化铝、二氧化硅都能与碱反应，反应的离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；   Si+2OH^-+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑；Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O； SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；   Si+2OH^-+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑或Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O或SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（3）过氧化氢具有强氧化性，会把亚铁离子氧化为铁离子，本身被还原为水，离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）调节pH不能引入新的杂质，A项会引入钠离子，B项会引入铵根离子、E项会引入镁离子，C、D项物质会和氢离子反应调节pH，同时生成铜离子，不会引入新的杂质，
故答案为：C、D；
（4）铜离子为弱碱阳离子能水解，水解方程式为：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加热时会促进水解，加入硫酸，增大了H⁺离子浓度，会抑制铜离子水解，
故答案为：抑制Cu²⁺的水解，也不会引入杂质；
（5）步骤⑧为从溶液中获得硫酸铜晶体，从溶液中得到晶体一般采取蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，（洗涤、干燥） 的方法．
故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，（洗涤、干燥）．

点评 本题以流程图的形式考察了物质的分离与提纯、离子方程式的书写、水解平衡等知识．分离和提纯时一定不能引入新的杂质，调节pH一般加入含提纯物质中的离子的化合物，避免引入新的杂质．如本题制取胆矾晶体，用Cu₂（OH）₂CO₃、Cu（OH）₂调节pH，除去杂质．