Question

某工厂的电镀污泥中含有铜、铁等金属化合物．为实现资源的回收利用并有效防止环境污染，设计如下工艺流程：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
开始沉淀的pH	2.3	7.6	4.4
完全沉淀的pH	3.2	9.7	6.4

（1）酸浸后加入H₂O₂的目的是

 

．调节溶液的pH，你认为pH的最佳调控范围是

 

．调pH步骤中加入的试剂最好是

 

（填化学式）．实验室进行过滤操作所用到的玻璃仪器有

 

．
（2）煮沸CuSO₄溶液的原因是

 

．向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃，可以生成白色的CuCl沉淀，写出该反应的离子方程式

 

．
（3）CuCl产品中CuCl的质量分数大于96.50%为国家合格标准．称取所制备的CuCl样品2.000g置于一定量的0.5mol?L^-1FeCl₃溶液中，待样品完全溶解后，加水至250mL，取25.00mL于锥形瓶，用0.1000mol?L^-1的Ce（SO₄）₂溶液滴定，重复三次，到达滴定终点时平均消耗Ce（SO₄）₂溶液20.00mL．有关的化学反应为：
Fe³⁺+CuCl═Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-，Ce⁴⁺+Fe²⁺═Fe³⁺+Ce³⁺，则锥形瓶中的溶液浓度为

 

；该CuCl样品的质量分数为

 

，与国家标准相比较即可得出该样品是否合格．（相对原子质量  Cu-64  Cl-35.5）
（4）25℃时，K_SP[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38．Fe³⁺发生水解反应Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，该反应的平衡常数为

 

．

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：实验设计题

分析：（1）根据双氧水的性质分析，双氧水有氧化性，能氧化还原性的物质；
调节溶液的pH，保证铜离子不能形成沉淀，同时铁离子完全沉淀；
根据除去溶液中的酸且不引进新的杂质分析所加的试剂；
根据过滤操作的原理、使用的仪器进行分析解答即可；
（2）过氧化氢加热到易分解，CuSO₄中+2价的铜具有氧化性能氧化Na₂SO₃中+4价的硫；
（3）根据关系式CuCl～～～Fe²⁺～～～Ce⁴⁺ 计算n（CuCl），锥形瓶中的溶液溶液所含n（Fe²⁺）=n（Cu²⁺）=n（CuCl），带入c=

n

V

计算浓度，根据m=nM计算m（CuCl），计算0.200g样品CuCl中含有CuCl的质量分数，进行比较判断是否符合标准；
（4）依据平衡常数的概念结合反应写出计算式计算平衡浓度解答；

解答： 解：（1）电镀污泥中含有铜、铁等金属化合物，酸浸后主要是溶解铜、铁等金属化合物，双氧水有强氧化性，能氧化还原性的物质，Fe²⁺具有还原性，酸浸后加入H₂O₂，Fe²⁺能被双氧水氧化为铁离子，便于调整pH值与Cu²⁺分离；
当溶液的pH值4.4时，铜离子开始出现沉淀，当溶液的pH值为3.2时，三价铁离子沉淀完全，铜离子未产生沉淀，调节溶液的pH，保证铜离子不能形成沉淀，同时铁离子完全沉淀，因此pH的最佳调控范围是3.2～4.4；
调pH步骤中加入的试剂最好是加入某种物质除去溶液中的酸且不引进新的杂质，所以要加入CuO或Cu（OH）₂或CuCO₃；
要使三价铁离子和铜离子分离，过滤操作用到的仪器有铁架台、漏斗、烧杯、玻璃棒等；其中属于玻璃仪器有：漏斗、烧杯、玻璃棒，
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，便于调整pH与Cu²⁺分离；3.2～4.4；CuO或Cu（OH）₂或CuCO₃；漏斗、烧杯、玻璃棒；
（2）过氧化氢性质比较稳定，若加热到153℃便猛烈的分解为水和氧气，将溶液中过量的H₂O₂ 除去可加热至沸避免影响下一步CuCl的生成，因为CuSO₄中+2价的铜能把Na₂SO₃中+4价的硫氧化成+6价的硫，向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃时生成白色的CuCl沉淀，反应的离子方程式为：2Cl^-+2Cu²⁺+SO₃^2-═2CuCl↓+SO₄^2-+2H⁺，
故答案为：除净溶液中的H₂O₂，避免影响下一步CuCl的生成；2Cl^-+2Cu²⁺+SO₃^2-═2CuCl↓+SO₄^2-+2H⁺；
（3）设样品中CuCl的物质的量为x，由滴定实验及化学反应方程式可知：
CuCl～～～Fe²⁺～～～Ce⁴⁺ 
1                  1
n（CuCl）        0.02L×0.1000 mol/L
n（CuCl）=0.02L×0.1000 mol/L=0.002mol，
锥形瓶中的溶液溶液所含n（Fe²⁺）=n（Cu²⁺）=n（CuCl）=0.002mol，
则锥形瓶中的溶液浓度为

0.002mol

0.025L

=0.08000mol?L^-1；
则样品中CuCl的物质的量x=0.002mol×10=0.02mol，
样品中CuCl的质量m（CuCl）=0.0 2mol×99.5 g/mol=1.99g，
该CuCl样品的质量分数为

1.99g

2.000g

×100%=99.5%，
CuCl产品中CuCl的质量分数大于96.50%为国家合格标准，99.5%＞96.50%，因此符合国家标准；
故答案为：0.08000mol?L^-1；99.5%；符合；
（4）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（H⁺）=

10-14

c(OH-)

，Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常数K=

c3(H+)

c(Fe3+)

═

10-42

c(Fe3+)?c3(OH-)

=2.5×10^-5，
故答案为：2.5×10^-5．

点评：本题是一道实验探究题，考查了常见物质分离的方法、滴定计算等，注意实验方案的设计原理和步骤利用关系式计算，依据已有的知识结合物质间反应的实验现象进行物质成分的推断，是解答的关键，平时注意打好扎实的基础知识和灵活应用知识解决问题的能力培养，题目难度中等．