Question

某同學(xué)用工業(yè)硫酸銅（含硫酸亞鐵等雜質(zhì)）制備純凈的CuSO4·5H2O。工藝流程如下

（部分操作和條件略）：

I．取工業(yè)硫酸銅固體，用稀硫酸溶解，過濾。

II．向濾液中滴加H2O2溶液，稍加熱。

III．向II的溶液中加入CuO粉末至pH＝4。

IV．加熱煮沸，過濾，濾液用稀硫酸酸化至pH＝1。

V．蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，得晶體。

已知部分陽離子生成氫氧化物的pH、Ksp（25℃）如下表：

物質(zhì)	Fe(OH)3	Fe (OH)2	Cu(OH)2
開始沉淀時pH	2.7	7.6	4.7
完全沉淀時pH	3.7	9.6	6.7
Ksp	4.0×10–38	8.0×10–16	2.2×10–20

 

（1）II中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是 。

（2）II中將Fe2+氧化為Fe3+的目的是 。

（3）用K3[Fe(CN)6]（鐵氰化鉀）驗證II中Fe2+是否轉(zhuǎn)化完全的現(xiàn)象是 。

（4）III中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是 。

通過計算說明在此條件下的溶液中Fe3+是否沉淀完全________________________(提示：當(dāng)溶液中某離子濃度小于1.0×10–5 mol/L時可認(rèn)為該離子沉淀完全)。

（5）應(yīng)用化學(xué)平衡移動原理解釋IV中“濾液用稀硫酸酸化”的原因 。

 

Answer 1

（1）2Fe2+ +H2O2+2H+＝2Fe3++2H2O （2分） （2）在調(diào)節(jié)pH＝4時，只將Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀除去，而不會使Cu2+轉(zhuǎn)化為沉淀。（表述合理即可得分） （2分）

（3）若有藍(lán)色沉淀生成，說明Fe2+沒有完全轉(zhuǎn)化；若沒有藍(lán)色沉淀生成，說明Fe2+已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化。（只答出其中一種情況，表述正確得滿分。） （1分）

（4）Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+ CuO+2H+＝Cu2++ H2O （或只書寫第二個反應(yīng)也可得分）

或2Fe3++3CuO+3H2O＝2Fe(OH)3+3Cu2+ （2分）

c(Fe3+)＝＝4.0×10–8 mol·L–1＜1.0×10–5 mol·L–1，故Fe3+沉淀完全 （2分）

（5）用稀硫酸酸化至pH＝1，可以抑制Cu2+在加熱過程中水解，以獲得純凈的硫酸銅晶體。（表述合理即可得分） （1分）

【解析】

試題分析：（1）由于溶液中含有亞鐵離子，需要將其氧化為鐵離子除去。雙氧水具有氧化性，因此向濾液中滴加H2O2溶液，稍加熱的目的是除去亞鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為2Fe2+ +H2O2+2H+＝2Fe3++2H2O。

（2）由于亞鐵離子沉淀時的pH值大于銅離子沉淀時的pH值，而鐵離子完全沉淀時的pH值是3.7，所以II中將Fe2+氧化為Fe3+的目的是在調(diào)節(jié)pH＝4時，只將Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀除去，而不會使Cu2+轉(zhuǎn)化為沉淀。

（3）由于鐵氰化鉀與亞鐵離子結(jié)合產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，據(jù)此可以檢驗亞鐵離子。即若有藍(lán)色沉淀生成，說明Fe2+沒有完全轉(zhuǎn)化；若沒有藍(lán)色沉淀生成，說明Fe2+已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化。

（4）氧化銅能消耗氫離子，降低溶液的酸性，從而產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀，因此反應(yīng)的離子方程式為Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+ CuO+2H+＝Cu2++ H2O；氫氧化鐵的溶度積常數(shù)是4.0×10–38，則當(dāng)溶液中OH－等于10－10mol/L時，則此時溶液中c(Fe3＋)＝＝4.0×10－8 mol·L－1＜1×10－5 mol·L－1，故Fe3＋沉淀完全。

（5）由于銅離子水解，溶液顯酸性，所以用稀硫酸酸化至pH＝1，可以抑制Cu2+在加熱過程中水解，以獲得純凈的硫酸銅晶體。

考點：考查硫酸銅晶體制備、氧化還原反應(yīng)、亞鐵離子檢驗、鹽類水解以及溶度積常數(shù)的有關(guān)計算