Question

4．某化學(xué)學(xué)習(xí)小組利用某工業(yè)廢棄固體（主要成分為Cu₂S和FeS₂）制備硫酸銅溶液和硫酸亞鐵晶體，設(shè)計(jì)方案如圖所示：

已知：K_sp[Cu（OH）₂]=6.0×10^-20，K_sp[Fe（OH）₂]=1.6×10^-14，K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38．
（1）寫出FeS₂在空氣中灼燒的化學(xué)方程式：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂．
（2）試劑X為過量鐵粉，試劑Y為過量硫酸．
（3）溶液C通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等操作得到硫酸亞鐵晶體．
（4）常溫下，固體D、O₂和稀硫酸混合后幾乎不反應(yīng)，而加少量溶液C隨即發(fā)生反應(yīng)．已知FeSO₄對此反應(yīng)起催化作用，則催化過程中反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O、Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺
（5）除雜時(shí)需加入雙氧水，然后加入試劑Z以調(diào)節(jié)pH使得鐵元素全部沉淀（含鐵元素的離子濃度小于10^-5mol/L）．試劑Z可以是CuO等，溶液的pH應(yīng)≥3．

Answer 1

分析 工業(yè)廢棄固體（主要成分為Cu₂S和FeS₂）灼燒得氧化銅和氧化鐵及二氧化硫氣體，所以E為SO₂，固體A為氧化銅和氧化鐵的混合物，A中加入硫酸溶解，再加入過量的鐵粉，得硫酸亞溶液和銅固體，過濾后得到溶液C為FeSO₄溶液，固體B為鐵、銅混合物，B中加入稀硫酸得硫酸亞鐵溶液和銅固體，所以固體D為Cu，硫酸亞鐵溶液蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶可得綠礬晶體，銅與稀硫酸溶液中通入氧氣除雜后得硫酸銅溶液．
（1）FeS₂在空氣中灼燒生成氧化鐵與二氧化硫；
（2）試劑X為Fe，試劑Y為硫酸；
（3）從溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等操作；
（4）酸性條件下，氧氣將亞鐵離子氧化為鐵離子，鐵離子與Cu反應(yīng)生成銅離子與亞鐵離子，整個(gè)過程中亞鐵離子起催化劑作用；
（5）除雜時(shí)需加入雙氧水將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加試劑Z調(diào)節(jié)溶液pH以除去Fe³⁺，加入試劑Y要不引入新雜質(zhì)且可以與氫離子反應(yīng)；
根據(jù)K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-38計(jì)算c（OH^-），再根據(jù)水的離子積計(jì)算c（H⁺），溶液pH=-lgc（H⁺）．

解答 解：工業(yè)廢棄固體（主要成分為Cu₂S和FeS₂）灼燒得氧化銅和氧化鐵及二氧化硫氣體，所以E為SO₂，固體A為氧化銅和氧化鐵的混合物，A中加入硫酸溶解，再加入過量的鐵粉，得硫酸亞溶液和銅固體，過濾后得到溶液C為FeSO₄溶液，固體B為鐵、銅混合物，B中加入稀硫酸得硫酸亞鐵溶液和銅固體，所以固體D為Cu，硫酸亞鐵溶液蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶可得綠礬晶體，銅與稀硫酸溶液中通入氧氣除雜后得硫酸銅溶液．
（1）FeS₂在空氣中灼燒生成氧化鐵與二氧化硫，反應(yīng)方程式為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，
故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）由上述分析可知，試劑X為過量鐵粉，試劑Y為過量硫酸，
故答案為：過量鐵粉；過量硫酸；
（3）溶液C通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等操作得到硫酸亞鐵晶體，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（4）酸性條件下，氧氣將亞鐵離子氧化為鐵離子，鐵離子與Cu反應(yīng)生成銅離子與亞鐵離子，整個(gè)過程中亞鐵離子起催化劑作用，則催化過程中反應(yīng)的離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O、Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O、Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（5）除雜時(shí)需加入雙氧水將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加試劑Z調(diào)節(jié)溶液pH以除去Fe³⁺，加入試劑Y要不引入新雜質(zhì)且可以與氫離子反應(yīng)，試劑Y為CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃等，
鐵元素的離子濃度小于10^-5mol/L時(shí)沉淀完全，由K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-38，可得c（OH^-）=1.0×10^-11mol/L，則c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$mol/L=1.0×10^-3mol/L，溶液pH=-lg1.0×10^-3=3，
故答案為：CuO等；3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備工藝流程，涉及對操作與試劑的分析評(píng)價(jià)、物質(zhì)分離提純、條件控制等，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，關(guān)鍵是理解實(shí)驗(yàn)原理和操作流程，熟練掌握元素化合物性質(zhì)，題目難度中等．