Question

胆矾是一种常见的化合物，工业上它也是一种制取其它含铜化合物的原料，现有废铜（主要杂质为Fe）来制备胆矾。有人设计了如下流程：

pH值控制可参考下列数据

物质	开始沉淀时的pH值	完全沉淀时的pH值
氢氧化铁	2.7	3.7
氢氧化亚铁	7.6	9.6
氢氧化铜	5.2	6.4

 
请根据上述流程回答下列问题：
（1）A可选用________（填字母）
a．稀H₂SO₄    b．浓H₂SO₄、加热    c．浓FeCl₃溶液    d．浓HNO₃
（2）Ⅰ中加H₂O₂的目的___________________________________________________。
（3）Ⅱ中加Cu₂（OH）₂CO₃的目的是___________________________________,
其优点是_____________________________________________________________。
（4）Ⅲ加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为___________________________。
（5）V中加H₂SO₄调节pH＝1是为了_________________________________________，
某工程师认为上述流程中所加的A物质并不理想，需作改进，其理由是______________，
若你是工程师，将对所加的A物质作何改进?请提出建议______________________。

Answer 1

(1)b；(2分)    (2)将亚铁离子氧化为铁离子；（2分）  (3)除去过量的硫酸；不引入新的杂质；（2分）
(4)Fe³⁺+3H₂OFe(OH)₃↓+3H⁺；（2分）(5)抑制Cu²⁺的水解；(2分 )产生污染环境的二氧化硫，硫酸利用率低；（2分）  加热，并在稀硫酸中通入氧气。（注：本题为发散性试题，如有其它合理答案，酌情给分）（2分）

试题分析：本道题是一道工艺流程题。将理论与实际结合的一种转化。往往这类题起点高，但是落点低。工艺流程看似复杂，但考查的只是主要是化学反应原理。一旦与流程结合，题目要求就比较高了。
在这题中是用废铜（主要是Cu，但含有少量Fe）来制取胆矾。通常除杂的方法：转化成易分离的物质。通常是气体或者是沉淀。在这里是Fe、Cu两种固体。根据题目所给信息，Fe是转化成沉淀（氢氧化物的形式）而Fe存在两种价态，+2、+3。根据题目中所给信息的话，通过比较Fe(OH)₃和Fe(OH)₂这两种物质：一个是开始沉淀时的pH值和完全沉淀时的pH值。可以判断出Fe(OH)₃更容易沉淀，再结合Cu²⁺开始沉淀时的pH值，也可以得出使Fe转化为Fe(OH)₃更容易除去。因此判断出将Fe转化为三家铁后，Cu最终要转化为胆矾（CuSO₄·5H₂O）。显然要将Cu溶解后到CuSO₄中去。要将Cu完全溶解，所以使用的是浓H₂SO₄加热。在这个过程中不仅溶解Cu，还溶解Fe。Fe到FeSO₄或Fe₂(SO₄)₃或两者都有。所以为了确保Fe全转化为三价铁，再加入H₂O₂，目的是将二价铁转化为三价铁，在III中调节溶液pH值，在这个过程中加了Cu₂(OH)₂CO₃，目的应是调节溶液的酸碱性，原溶液中为了确保Cu、Fe全部溶解，可能硫酸过量。所以这里加Cu₂(OH)₂CO₃中和过量的硫酸，控制好溶液的pH值为3.7。刚好此时溶液中三价铁正全转化为Fe(OH)₃。接下来加热煮沸的目的，使没沉淀下来的三价铁沉淀完全。当三价铁沉淀完全后，再进行过滤，滤液中剩余的阳离子主要有Cu²⁺,阴离子有SO₄^2-。再加硫酸，调节溶液pH值=1，目的是抑制Cu²⁺的水解，再分别进行蒸发、冷却、结晶后，最终得到产品胆矾。
（1）A可选用浓H₂SO₄、加热，稀硫酸不能溶解Cu，而浓FeCl₃溶液、浓HNO₃会引入杂质。
（2）Ⅰ中加H₂O₂的目的将亚铁离子氧化为铁离子；H₂O₂与Fe²⁺发生氧化还原反应，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺易除去。
（3）Ⅱ中加Cu₂（OH）₂CO₃的目的是除去过量的硫酸；不引入新的杂质；
（4）Ⅲ加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为Fe³⁺+3H₂OFe(OH)₃↓+3H⁺；
（5）V中加H₂SO₄调节pH＝1是为了抑制Cu²⁺的水解；不调成强酸性溶液，在加热蒸发过程中，Cu²⁺水解加重。Cu与浓硫酸反应过程中会产生SO₂，会对污染环境。所以可以向稀硫酸中不断通氧气（或者加H₂O₂）并加热。