Question

铜电解精炼后的电解液含有多种杂质，工业上常除杂提纯制备硫酸铜．除杂时，溶液中离子的浓度小于1.0×10^-5mol?L^-1，可认为该离子沉淀完全．Fe（OH）₃沉淀时，Sb³⁺、Bi³⁺形成SbOOH、BiOOH一起沉淀．某电解液中所含杂质离子如下表，除杂提纯路线如图．

离子	H+	AsO33-	Sb3+	Bi3+	Fe2+
c（mol?L-1）	1.0	3.6×10-3	2.4×10-4	1.0×10-4	2.0×10-3

已知：lg2=0.3；Ksp（FeAsO₄）=5.7×10^-21；K_a=5×10^-3

（1）加入H₂O₂的目的之一是将AsO₃^3-氧化为H₃AsO₄，其离子方程式是

 

；加入H₂O₂的另外一个目的是

 

；
（2）加入足量H₂O₂后相关物质氧化完全，溶液体积为1.2倍，则加硫酸铁之前有沉淀生成吗？简单计算说明

 

；
（3）调节pH值用的物质A为

 

；
（4）某温度下，物质A将溶液调节pH为3.3时，Fe³⁺沉淀完全，该温度下K_w越为1×10^-14，则该温度下Fe（OH）₃的K_sp约为

 

；
（5）操作B为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：

分析：电解液加入双氧水氧化发生的反应为：AsO₃^3-+H₂O₂+3H⁺═H₃AsO₄+H₂O；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，再加入硫酸亚铁生成沉淀FeAsO₄，过滤除去FeAsO₄沉淀，再加入物质A调节PH值使Fe³⁺、Sb³⁺、Bi³⁺形成Fe（OH）₃、SbOOH、BiOOH一起沉淀而除去，再蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得硫酸铜晶体，
（1）根据以上分析，加入H₂O₂，其离子方程式AsO₃^3-+H₂O₂+3H⁺═H₃AsO₄+H₂O，2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O根据反应进行分析；
（2）加入足量H₂O₂后相关物质氧化完全后，溶液体积为1.2倍，则溶液中三价铁离子浓度为：

2.0×10 -3

1.2

mol?L^-1，AsO₄^3-的浓度为：

3.6×10 -3

1.2

=3×10^-3mol?L^-1，则Qc=

2.0×10 -3

1.2

×3×10^-3=5×10^-6＞Ksp（FeAsO₄）=5.7×10^-21，所以加硫酸铁之前有沉淀生成；
（3）为了不引入新的杂质，则调节pH值用的物质A又能消耗氢离子分析；
（4）Fe（OH）₃的K_sp=C（Fe³⁺）×C（OH^-）³进行计算；
（5）根据以上分析，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得硫酸铜晶体；

解答： 解：电解液加入双氧水氧化发生的反应为：AsO₃^3-+H₂O₂+3H⁺═H₃AsO₄+H₂O；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，再加入硫酸亚铁生成沉淀FeAsO₄，过滤除去FeAsO₄沉淀，再加入物质A调节PH值使Fe³⁺、Sb³⁺、Bi³⁺形成Fe（OH）₃、SbOOH、BiOOH一起沉淀而除去，再蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得硫酸铜晶体；
（1）根据以上分析，加入H₂O₂的目的将AsO₃^3-氧化为H₃AsO₄，其离子方程式AsO₃^3-+H₂O₂+3H⁺═H₃AsO₄+H₂O，加入H₂O₂的另外一个目的是将二价铁氧化成三价铁；
故答案为：AsO₃^3-+H₂O₂+3H⁺═H₃AsO₄+H₂O，将二价铁氧化成三价铁；
（2）加入足量H₂O₂后相关物质氧化完全后，溶液体积为1.2倍，则溶液中三价铁离子浓度为：

2.0×10 -3

1.2

mol?L^-1，AsO₄^3-的浓度为：

3.6×10 -3

1.2

=3×10^-3mol?L^-1，则Qc=

2.0×10 -3

1.2

×3×10^-3=5×10^-6＞Ksp（FeAsO₄）=5.7×10^-21，所以加硫酸铁之前有沉淀生成，
故答案为：有；

2.0×10 -3

1.2

×3×10^-3=5×10^-6＞Ksp（FeAsO₄）=5.7×10^-21，有FeAsO₄沉淀生成；
（3）为了不引入新的杂质，则调节pH值用的物质A又能消耗氢离子，所以为CuO或者CuCO₃，故答案为：CuO或者CuCO₃；
（4）Fe（OH）₃的K_sp=C（Fe³⁺）×C（OH^-）³=1.0×10^-5×（10^-10.7）³=10^-37.1，故答案为：10^-37.1；
（5）根据以上分析，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得硫酸铜晶体，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；

点评：考查学生对元素及其化合物的主要性质的掌握、书写离子方程式、阅读题目获取新信息能力、对工艺流程的理解等，难度中等，需要学生具备扎实的基础与综合运用知识、信息分析解决问题能力．