Question

4．孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量的FeO、Fe₂O₃、SiO₂．实验室以孔雀石为原料制备CuSO₄•5H₂O的步骤如图：

为解决有关问题，兴趣小组同学查得有关物质沉淀的pH数据如表．请回答：

物质	pH （开始沉淀）	pH④ （完全沉淀）
Fe（OH）3	1.9	3.2
Fe（OH）2	7.0	9.0
Cu（OH）2	4.7	6.7

（1）溶液A中的金属阳离子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺；若调pH=9.0将杂质铁元素除去，其后果是：Cu²⁺也会沉淀．
（2）“除杂”时先加入足量H₂O₂，目的是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；再加入CuO固体调节溶液pH的范围至3.2＜pH＜4.7，其中加入CuO作用是中和溶液中H⁺使溶液的pH升高，促进Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃沉淀（或调节pH至Fe³⁺的沉淀范围）．
（3）操作X包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤和洗涤等；在进行该操作时，将溶液B再适当酸化目的是抑制Cu²⁺的水解．

Answer 1

分析 孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量FeO、Fe₂O₃、SiO₂，加入稀硫酸反应后生成二氧化碳气体，得到溶液A，主要成分为硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸铁，过滤得到二氧化硅固体；然后将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，再加入CuO固体调节溶液pH沉淀铁离子过滤得到滤液为硫酸铜溶液，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到胆矾晶体，据此解答．

解答 解：孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量FeO、Fe₂O₃、SiO₂，加入稀硫酸反应后生成二氧化碳气体，得到溶液A，主要成分为硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸铁，过滤得到二氧化硅固体；然后将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，再加入CuO固体调节溶液pH沉淀铁离子过滤得到滤液为硫酸铜溶液，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到胆矾晶体，
（1）溶液A中的金属阳离子有：Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺；由表中数据可知：溶液pH=9.0 时Cu²⁺也会沉淀；
故答案为：Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺；Cu²⁺也会沉淀；
（2）溶液A中的金属阳离子有：Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，亚铁离子沉淀时铜离子也会沉淀，而铁离子沉淀时铜离子不会沉淀，故应将亚铁离子氧化为铁离子再除去，则需要加氧化剂，双氧水能氧化亚铁离子且不会引入新杂质，由表中数据可知，铁离子沉淀完全的pH为3.2，而铜离子开始沉淀的pH为4.7，调节溶液pH的范围至3.2～4.7之间，CuO固体能中和溶液中H⁺使溶液的pH升高（1分），促进Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃沉淀；
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；    3.2＜pH＜4.7 （或3.2～4.7之间）；中和溶液中H⁺使溶液的pH升高，促进Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃沉淀 （或调节pH至Fe³⁺的沉淀范围）；
（3）硫酸铜溶液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到胆矾晶体，铜离子在水溶液中会水解，应适当酸化抑制其水解；
故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；抑制Cu²⁺的水解．

点评 本题考查常见金属的单质及其化合物的应用和硫酸铜结晶水含量的测定，掌握物质的制取和提纯、离子的检验等实验操作，分析信息是完成本题目的关键，题目较为综合，难度中等．