Question

工业上利用某工厂的废渣（主要含CuO 70%、MgFe₂O₄ 20%，还含有少量FeO、NiO等氧化物）制取精铜和颜料铁红．流程如图所示．

回答下列问题：
（1）净化Ⅰ操作分为两步：
第一步是将溶液中少量的Fe²⁺氧化；
第二步是控制溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀．
①写出酸性条件下用H₂O₂氧化Fe²⁺反应的离子方程式：

 

．
②25℃时，pH=3的溶液中，c（Fe³⁺）=

 

mol?L^-1（已知25℃，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38）．
③净化Ⅰ中第二步可选用CuO实现转化，用化学平衡移动原理说明其原因：

 

．
（2）用净化Ⅱ所得的金属为电极进行电解得精铜，请写出阴极所发生的电极反应式：

 

．
（3）为准确测定酸浸液中Fe²⁺的物质的量浓度以确定H₂O₂的用量，测定步骤如下：
①取出25.00mL酸浸液，配制成250.0mL溶液．
②滴定：准确量取25.00mL所配溶液于锥形瓶中，将0.2000mol/L KMnO₄溶液装入

 

（填仪器名称），进行滴定，记录数据，重复滴定3次，平均消耗KMnO₄溶液V mL．（反应离子方程式：5Fe²⁺+MnO₄^-+10H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+5H₂O）
③计算酸浸液中Fe²⁺的物质的量浓度=

 

mol/L（只列出算式，不做运算）．

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：（1）①双氧水具有强的氧化性能够氧化二价铁离子；
②根据K_SP（Cu（OH）₂）计算铁离子浓度；
③依据水解平衡移动的条件，结合工艺流程的目的选择合适的试剂；
（2）电解精炼铜用粗铜作阳极，纯铜作阴极，含铜离子溶液为电镀液进行电解；
（3）高锰酸钾具有强氧化性，应放在酸式滴定管中；依据实验过程和滴定实验消耗的高锰酸钾溶液体积的平均数，结合氧化还原反应离子方程式计算亚铁离子物质的量，计算25ml溶液中亚铁离子的浓度．

解答： 解：（1）①双氧水与二价铁离子反应的离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
②溶液的pH=3时，c（H⁺）=10^-3mol/L，c（OH^-）=

1×10-14

10-3

=10^-11mol/，c（Fe³⁺）=K_sp[Fe（OH）₃]÷C³（OH^-）=

4.0×10-38

(10-11)3

=4.0×10^-5，
故答案为：4.0×10^-5；
③三价铁离子水解的离子方程式：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入氧化铜，不引入新的杂质，氧化铜与氢离子反应，消耗氢离子，促进水解平衡向正方向移动，生成氢氧化铁沉淀，
故答案为：Fe³⁺在溶液中存在水解平衡，CuO结合Fe³⁺水解产生的H⁺，使溶液中H⁺浓度降低，促进Fe³⁺的水解平衡向生成Fe（OH）₃方向移动，Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀；
（2）电解精炼铜用粗铜作阳极，失电子发生氧化反应，纯铜作阴极，在阴极铜离子得电子发生还原反应，电极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案为：Cu²⁺+2e^-=Cu；
（3）高锰酸钾具有强氧化性，应放在酸式滴定管中；
5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
5      1
n   0.200mol/L×V×10^-3L
n=5×0.200mol/L×V×10^-3mol；
c（Fe²⁺）=

250mL

25mL

×

5×0.200mol/L×V×10-3mol

25×10-3L

；
故答案为：酸式滴定管；

250mL

25mL

×

5×0.200mol/L×V×10-3mol

25×10-3L

．

点评：本题为工艺流程题，中等难度，通过从废渣中提取氧化铁和金属铜的工艺流程考查了沉淀溶解平衡的计算、水解平衡的移动、氧化还原方程式的书写、物质的分离等，中和滴定的计算等，清楚流程，是解题关键，侧重学生分析问题、解决问题能力的培养．