Question

粗CuO是将工业废铜、废铜合金等高温焙烧而成的，杂质主要是铁的氧化物及泥沙．以粗CuO为原料制备胆矾的主要流程如图：

已知Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺转化为相应氢氧化物时，开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表：

	Fe3+	Fe2+	Cu2+
开始沉淀时的pH	2.7	7.6	5.2
完全沉淀时的pH	3.7	9.6	x

（1）操作Ⅱ为冷却，其目的为

 

（填序号）．
a．使溶质析出   b．防止溶质挥发   c．防止H₂O₂分解
（2）H₂O₂参加反应的离子方程式为

 

．
（3）下列物质可用来替代稀氨水的是

 

（填序号）．
①NaOH     ②Fe₂O₃       ③CuO      ④Na₂CO₃
（4）操作Ⅲ得到精制胆矾，具体包括蒸发浓缩、

 

、过滤、

 

、干燥等步骤．
（5）已知常温下Ksp[Cu（OH）₂]=1.6×10^-20mol³/L³，则常温下Cu²⁺沉淀完全时的pH=

 

．（注：当离子浓度降低到1.0×10^-5mol/L时，可以认为完全沉淀）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：以粗CuO为原料制备胆矾的主要流程：将粗铜溶解，过滤，得到难溶物质：氧化铜、铁的氧化物等；加入硫酸溶解，得到硫酸铜、硫酸铁以及硫酸亚铁的混合液以及不容杂质，过滤，得到含有铜离子、铁离子以及亚铁离子的水溶液，向其中加入双氧水，可以将亚铁离子氧化为铁离子，加稀氨水调节pH，让铁离子全部沉淀，过滤得到的滤液是硫酸铜溶液，加入硫酸蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，可以得到胆矾晶体．
（1）过氧化氢不稳定，受热易分解；
（2）具有氧化性，能将亚铁离子氧化；
（3）pH目的是使铁离子全部沉淀，铜离子不沉淀，依据除杂的原则来回答；
（4）根据溶液得到晶体的方法：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，洗涤、干燥；
（5）根据K_sp=c（Cu²⁺）?[c（OH^-）]²=1.6×10^-20，根据Cu²⁺离子的浓度计算OH^-离子的浓度，根据水的离子积常数计算氢离子浓度，并以此计算溶液pH值．

解答： 解：以粗CuO为原料制备胆矾的主要流程：将粗铜溶解，过滤，得到难溶物质：氧化铜、铁的氧化物等；加入硫酸溶解，得到硫酸铜、硫酸铁以及硫酸亚铁的混合液以及不容杂质，过滤，得到含有铜离子、铁离子以及亚铁离子的水溶液，向其中加入双氧水，可以将亚铁离子氧化为铁离子，加稀氨水调节pH，让铁离子全部沉淀，过滤得到的滤液是硫酸铜溶液，加入硫酸蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，可以得到胆矾晶体．
（1）过氧化氢不稳定，受热易分解，故加入过氧化氢前需使溶液冷却，故答案为：c；
（2）双氧水具有氧化性，Fe²⁺可被过氧化氢氧化为Fe³⁺，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）向溶液中加入氨水，调节溶液的pH目的是使铁离子全部沉淀，铜离子不沉淀，依据图表数据分析可知pH应为：3.7～5.2，且尽量不引入新的杂质，则可用氢氧化铜、氧化铁或碳酸铜代替，不能够用氢氧化钠或碳酸钠，易引入杂质，故答案为：②③；
（4）操作Ⅲ得到粗胆矾，操作Ⅲ得到精致胆矾，两步操作包括．蒸发浓缩、降温结晶、过滤，洗涤、干燥，故答案为：降温结晶；洗涤；
（5）Cu²⁺沉淀较为完全是的浓度为1×10^-5mol/L，则c（OH^-）=

1.6×10-20 1×10-5

mol/L=4×10^-8mol/L，则c（H⁺）=

1×10-14

4×10-8

mol/L=2.5×10^-7mol/L，
所以pH=-lg（25×10^-8）=8-2lg5，
故答案为：8-2lg5．

点评：本题考查物质的制备实验方案的设计，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，为高考常见题型，注意根据流程图把握实验的原理和操作方法，难度不大．