Question

16．某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物（铁元素的化合价为+2和+3价），工业上以该废渣为原料生产CuCl₂的工艺流程如下：CuS+2NaCl+2O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CuCl₂+Na₂SO₄
焙烧过程中发生的主要反应为：

回答下列问题：
（1）焙烧前先进行粉碎的理由是增大反应物接触面积，使燃烧更充分．
（2）试剂A可选用①③（填写编号）．
①NaClO  ②Cl₂  ③H₂O₂溶液   ④浓流酸
加入试剂A的目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，并调节溶液的pH至3～4，使Fe³⁺沉淀．
（3）上述过滤操作中需要用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒．
（4）从CuCl₂溶液得到CuCl₂晶体的操作是蒸发结晶（写出操作名称），该操作必需在HCL气流中进行，原因是Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺（用离子方程式表示）．
（5）如何检验滤液B中是否还有未沉淀的Fe³⁺，取少量溶液于试管中，滴入KSCN溶液，若溶液显红色，证明还有未沉淀的Fe³⁺；加试剂A调节溶液pH=4时，c（Fe³⁺）为2.6×10^-9mol/L．（已知该温度下Ksp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-30）

Answer 1

分析 废渣粉碎加入氯化钠，通入空气焙烧后发生CuS+2NaCl+2O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CuCl₂+Na₂SO₄，加入盐酸酸浸，加入试剂A是氧化剂将亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液PH使铁离子沉淀；过滤后的滤液中主要是氯化铜溶液蒸发浓缩，冷却结晶得到氯化铜晶体；
（1）从反应速率角度考虑；
（2）试剂A满足能把亚铁离子氧化为铁离子和调节PH使酸性减弱两个功能；
（3）过滤是除去液体中混有的固体物质的一种方法，过滤用到的玻璃仪器有：烧杯、漏斗、玻璃棒．
（4）从溶液中得到可溶性固体采用蒸发结晶的方法；加热时促进氯化铜的水解且生成的氯化氢易挥发造成水解完全，
要想得到较纯的无水氯化铜应在氯化氢气流中抑制其水解；
（5）Fe³⁺遇KSCN溶液变为血红色，作为检验Fe³⁺的特征试剂；
依据氢氧化铁的溶度积常数和Fe³⁺沉淀完全的浓度为c（Fe³⁺）＜10^-5mol•L^-1，计算氢氧根离子浓度得到溶液最小pH．

解答 解：废渣粉碎加入氯化钠，通入空气焙烧后加入盐酸酸浸，加入试剂A是氧化剂将亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液PH使铁离子沉淀；过滤后的滤液中主要是氯化铜溶液蒸发浓缩，冷却结晶得到氯化铜晶体；
（1）粉碎增大了反应物接触面积，燃烧更充分，故答案为：增大反应物接触面积，使燃烧更充分；
（2）NaClO、Cl₂、H₂O₂溶液、浓硫酸均能将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，但氯水和硫酸溶液均呈酸性，NaClO溶液呈碱性，H₂O₂溶液氧化Fe²⁺氧化为Fe³⁺，消耗氢离子，故可以起到调节PH的作用，
故答案为：①③；将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，并调节溶液的pH至3～4，使Fe³⁺沉淀；
（3）过滤是除去液体中混有的固体物质的一种方法，过滤用到的玻璃仪器有：烧杯、漏斗、玻璃棒；故答案为：烧杯、漏斗、玻璃棒；
（4）从溶液中得到可溶性固体采用蒸发结晶的方法；由于CuCl₂在加热过程中水解被促进，且生成的HCl又易挥发而脱离体系，造成水解完全，
生成氢氧化铜，反应的离子方程式为：而不是CuCl₂，想得到无水CuCl₂的合理方法是，让CuCl₂•2H₂O晶体在干燥的HCl气流中加热脱水，
故答案为：蒸发结晶；Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；
（5）Fe³⁺遇KSCN溶液变为血红色，能检验Fe³⁺，取少量溶液于试管中，滴入KSCN溶液，若溶液显红色，证明还有未沉淀的Fe³⁺；
常温时，Fe（OH）₃的K_sp=2.6×10^-39，pH=4，c（H⁺）=10^-4mol/L，c（OH^-）=$\frac{Kw}{c（H{\;}^{+}）}$=$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-4}}$10^-10mol/L，
Ksp=c（Fe³⁺）c³（OH^-）=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.6×10^-39，c（Fe³⁺）=$\frac{2.6×10{\;}^{-39}}{（10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$=2.6×10^-9mol/L，
故答案为：取少量溶液于试管中，滴入KSCN溶液，若溶液显红色，证明还有未沉淀的Fe³⁺；2.6×10^-9mol/L．

点评 本题考查了物质的分离和提纯、离子的检验及沉淀溶解平衡，侧重于实验原理的考查，难度中等，注意除杂不能引入新的杂质．