Question

4．某工廠的電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物．為實現(xiàn)資源的回收利用并有效防止環(huán)境污染，設計如下工藝流程：

（1）酸浸后加入H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，便于調整pH值與Cu²⁺分離．調pH步驟中加入的試劑最好是CuO、或Cu（OH）₂、或CuCO₃（填化學式）．實驗室進行過濾操作所用到的玻璃儀器有漏斗、燒杯、玻璃棒．
（2）向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃，可以生成白色的CuCl沉淀，寫出該反應的化學方程式2CuSO₄+2NaCl+Na₂SO₃+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄．
（3）CuCl產品中CuCl的質量分數大于96.50%為國家合格標準．稱取所制備的CuCl樣品0.250 0g置于一定量的0.5mol•L^-1 FeCl₃溶液中，待樣品完全溶解后，加水20mL，用0.100 0mol•L^-1的Ce（SO₄）₂溶液滴定，到達終點時消耗Ce（SO₄）₂溶液24.60mL．有關的化學反應為Fe³⁺+CuCl═Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-，Ce⁴⁺+Fe²⁺═Fe³⁺+Ce³⁺．通過計算說明該CuCl樣品符合（填“符合”或“不符合”）國家標準．
（4）25℃時，K_sp=4.0×10^-38．Fe³⁺發(fā)生水解反應Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，該反應的平衡常數為2.5×10^-5．

Answer 1

分析 工藝流程：電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物．用酸浸取，再用雙氧水氧化，可得硫酸銅和硫酸鐵的混合溶液，調節(jié)PH值，使鐵離子產生氫氧化鐵沉淀，過濾得氫氧化鐵固體，再將氫氧化鐵固體加熱分解得氧化鐵，過濾得濾液中含有硫酸銅，向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃，將銅離子還原成亞銅離子，生成白色的CuCl沉淀，
（1）根據雙氧水的性質分析，雙氧水有氧化性，能氧化還原性的物質；根據過濾操作的原理、使用的儀器進行分析解答即可；
（2）CuSO₄中+2價的銅具有氧化性能氧化Na₂SO₃中+4價的硫；
（3）根據關系式計算n（CuCl），進而計算樣品中m（CuCl），計算0.2500g合格的CuCl中含有CuCl的質量，進行比較判斷；
（4）依據平衡常數的概念結合反應寫出計算式計算平衡濃度解答．

解答 解：（1）電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物，酸浸后主要是溶解銅、鐵等金屬化合物，雙氧水有強氧化性，能氧化還原性的物質，F(xiàn)e²⁺具有還原性，酸浸后加入H₂O₂，F(xiàn)e²⁺能被雙氧水氧化為高價離子，便于調整pH值與Cu²⁺分離，調pH步驟中加入的試劑最好是加入某種物質除去溶液中的酸且不引進新的雜質，所以要加入氧化銅、或氫氧化銅、碳酸銅，當溶液的pH值4.4時，銅離子開始出現(xiàn)沉淀，當溶液的pH值為3.2時，三價鐵離子沉淀完全，銅離子未產生沉淀，所以要使三價鐵離子和銅離子分離，過濾操作用到的儀器有鐵架臺、漏斗、燒杯、玻璃棒等；其中屬于玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，便于調整pH值與Cu²⁺分離；CuO、或Cu（OH）₂、或CuCO₃；漏斗、燒杯、玻璃棒；
（2）CuSO₄中+2價的銅能把Na₂SO₃中+4價的硫氧化成+6價的硫，向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃時生成白色的CuCl沉淀，反應的化學方程式為：2CuSO₄+2NaCl+Na₂SO₃+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄，
故答案為：2CuSO₄+2NaCl+Na₂SO₃+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄；
（3）設樣品中CuCl的質量為x，有關的化學反應為：Fe³⁺+CuCl=Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-，Ce⁴⁺+Fe²⁺=Fe³⁺+Ce³⁺，則：
由化學反應方程式可知：CuCl～～～Fe²⁺～～～Ce⁴⁺ 
                       1                  1
                   n（CuCl）        24.60×10^-3L×0.1000 mol/L
所以 n（CuCl）=24.60×10^-3L×0.1000 mol/L=2.46×10^-3mol．
所以該樣品CuCl的質量為2.46×10^-3mol×99.5g/mol=0.2448g．
0.2500g合格的CuCl中含有CuCl的質量0.2500g×96.5%=0.2413g，小于0.2448g，所以該樣品中CuCl的質量分數符合標準，
故答案為：符合；
（4）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{c（O{H}^{-}）}$，反應Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常數K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$═$\frac{1{0}^{-42}}{c（F{e}^{3+}）{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=2.5×10^-5，
故答案為：2.5×10^-5．

點評 本題是一道實驗探究題，能較好的考查學生分析和解決問題的能力，考查了常見物質分離的方法，滴定計算等，注意實驗方案的設計原理和步驟利用關系式計算，依據已有的知識結合物質間反應的實驗現(xiàn)象進行物質成分的推斷，是解答的關鍵，平時注意打好扎實的基礎知識和靈活應用知識解決問題的能力培養(yǎng)，題目難度中等．