Question

15．已知孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量FeO、SiO₂．现以孔雀石为原料制备CuSO₄•5H₂O．

（1）实验步骤中试剂①最佳选择a（填代号），
a．H₂O₂      b．Cl₂      c．KMnO₄      d．HNO₃
请写出其对应的离子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）溶液B中加入CuO作用是调节pH值，使Fe³⁺完全转化为Fe（OH）₃沉淀．
（3）由溶液C获得CuSO₄•5H₂O晶体，需要经蒸发浓缩、冷却结晶和过滤．
（4）25℃，Fe（OH）₃的K_sp=1×10^-38，若要将溶液中的Fe³⁺沉淀完全，必需调节溶液pH＞3．
（5）实验室用惰性电极电解500ml的CuSO₄溶液一段时间后，撤去电源，若加入0.2mol Cu（OH）₂恰好使电解液恢复到原来状态，则电解过程中转移电子的物质的量为0.8mol，原CuSO₄溶液的物质的量浓度为0.4mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）（2）（3）孔雀石用稀硫酸溶液，发生反应：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+CO₂↑+3H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O，气体E为CO₂，溶液A中含有CuSO₄、FeSO₄及未反应的H₂SO₄，溶液C可以得到硫酸铜晶体，则溶液A中加入氧化剂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再用CuO调节溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀过滤除去，为防止引入新杂化，试剂①为H₂O₂．溶液C经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等得到硫酸铜晶体；
（4）溶液中c（Fe³⁺）=10^-5mol/L时，溶液中的Fe³⁺沉淀完全，根据K_sp（Fe（OH）₃）=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=1×10^-38计算溶液中c（OH^-），再结合Kw计算溶液中c（H⁺），根据pH=-lgc（H⁺）计算；
（5）开始电池总反应式为：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，相当于析出CuO，铜离子放电完毕，电池反应式为：2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，若加入0.2mol Cu（OH）₂恰好使电解液恢复到原来状态，Cu（OH）₂改写为CuO•H₂O，则析出Cu为0.2mol，生成氢气为0.2mol，进而计算转移电子，根据Cu原子守恒计算硫酸铜溶液物质的量浓度．

解答 解：孔雀石用稀硫酸溶液，发生反应：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+CO₂↑+3H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O，气体E为CO₂，溶液A中含有CuSO₄、FeSO₄及未反应的H₂SO₄，溶液C可以得到硫酸铜晶体，则溶液A中加入氧化剂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再用CuO调节溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀过滤除去，为防止引入新杂化，试剂①为H₂O₂．溶液C经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等得到硫酸铜晶体．
（1）由上述分析可知，试剂①是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，且不能引入杂杂质，最佳试剂为过氧化氢，反应离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：a；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）溶液B中加入CuO作用是：调节pH值，使Fe³⁺完全转化为Fe（OH）₃沉淀，
故答案为：调节pH值，使Fe³⁺完全转化为Fe（OH）₃沉淀；
（3）由溶液C获得CuSO₄•5H₂O晶体，需要经 蒸发浓缩、冷却结晶和过滤等操作，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）溶液中c（Fe³⁺）=10^-5mol/L时，溶液中的Fe³⁺沉淀完全，根据K_sp（Fe（OH）₃）=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=1×10^-38，可知溶液中c（OH^-）=10^-11mol/L，则c（H⁺）=10^-3mol/L，此时溶液pH=-lg10^-3=3，故必需调节溶液pH＞3，
故答案为：3；
（5）开始电池总反应式为：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，相当于析出CuO，铜离子放电完毕，电池反应式为：2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，若加入0.2mol Cu（OH）₂恰好使电解液恢复到原来状态，Cu（OH）₂改写为CuO•H₂O，则析出Cu为0.2mol，生成氢气为0.2mol，转移电子为0.2mol×2+0.2mol×2=0.8mol，根据Cu原子守恒，可知硫酸铜为0.2mol，则原硫酸铜溶液物质的量浓度为$\frac{0.2mol}{0.5L}$=0.4mol/L，
故答案为：0.8；0.4．

点评 本题考查物质制备工艺流程、溶度积有关计算、电解原理计算等，掌握物质分离提纯方法，（5）中关键是明确发生的反应，较好的考查学生分析计算能力，难度中等．