Question

粗CuO是將工業(yè)廢銅、廢銅合金等高溫焙燒而成的，雜質(zhì)主要是鐵的氧化物及泥沙．以粗CuO為原料制備膽礬的主要流程如圖：

已知Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氫氧化物時，開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表：

	Fe3+	Fe2+	Cu2+
開始沉淀時的pH	2.7	7.6	5.2
完全沉淀時的pH	3.7	9.6	x

（1）操作Ⅱ為冷卻，其目的為

 

（填序號）．
a．使溶質(zhì)析出   b．防止溶質(zhì)揮發(fā)   c．防止H₂O₂分解
（2）H₂O₂參加反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（3）下列物質(zhì)可用來替代稀氨水的是

 

（填序號）．
①NaOH     ②Fe₂O₃       ③CuO      ④Na₂CO₃
（4）操作Ⅲ得到精制膽礬，具體包括蒸發(fā)濃縮、

 

、過濾、

 

、干燥等步驟．
（5）已知常溫下Ksp[Cu（OH）₂]=1.6×10^-20mol³/L³，則常溫下Cu²⁺沉淀完全時的pH=

 

．（注：當(dāng)離子濃度降低到1.0×10^-5mol/L時，可以認為完全沉淀）．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：以粗CuO為原料制備膽礬的主要流程：將粗銅溶解，過濾，得到難溶物質(zhì)：氧化銅、鐵的氧化物等；加入硫酸溶解，得到硫酸銅、硫酸鐵以及硫酸亞鐵的混合液以及不容雜質(zhì)，過濾，得到含有銅離子、鐵離子以及亞鐵離子的水溶液，向其中加入雙氧水，可以將亞鐵離子氧化為鐵離子，加稀氨水調(diào)節(jié)pH，讓鐵離子全部沉淀，過濾得到的濾液是硫酸銅溶液，加入硫酸蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，可以得到膽礬晶體．
（1）過氧化氫不穩(wěn)定，受熱易分解；
（2）具有氧化性，能將亞鐵離子氧化；
（3）pH目的是使鐵離子全部沉淀，銅離子不沉淀，依據(jù)除雜的原則來回答；
（4）根據(jù)溶液得到晶體的方法：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，洗滌、干燥；
（5）根據(jù)K_sp=c（Cu²⁺）?[c（OH^-）]²=1.6×10^-20，根據(jù)Cu²⁺離子的濃度計算OH^-離子的濃度，根據(jù)水的離子積常數(shù)計算氫離子濃度，并以此計算溶液pH值．

解答： 解：以粗CuO為原料制備膽礬的主要流程：將粗銅溶解，過濾，得到難溶物質(zhì)：氧化銅、鐵的氧化物等；加入硫酸溶解，得到硫酸銅、硫酸鐵以及硫酸亞鐵的混合液以及不容雜質(zhì)，過濾，得到含有銅離子、鐵離子以及亞鐵離子的水溶液，向其中加入雙氧水，可以將亞鐵離子氧化為鐵離子，加稀氨水調(diào)節(jié)pH，讓鐵離子全部沉淀，過濾得到的濾液是硫酸銅溶液，加入硫酸蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，可以得到膽礬晶體．
（1）過氧化氫不穩(wěn)定，受熱易分解，故加入過氧化氫前需使溶液冷卻，故答案為：c；
（2）雙氧水具有氧化性，F(xiàn)e²⁺可被過氧化氫氧化為Fe³⁺，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）向溶液中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH目的是使鐵離子全部沉淀，銅離子不沉淀，依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析可知pH應(yīng)為：3.7～5.2，且盡量不引入新的雜質(zhì)，則可用氫氧化銅、氧化鐵或碳酸銅代替，不能夠用氫氧化鈉或碳酸鈉，易引入雜質(zhì)，故答案為：②③；
（4）操作Ⅲ得到粗膽礬，操作Ⅲ得到精致膽礬，兩步操作包括．蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾，洗滌、干燥，故答案為：降溫結(jié)晶；洗滌；
（5）Cu²⁺沉淀較為完全是的濃度為1×10^-5mol/L，則c（OH^-）=

1.6×10-20 1×10-5

mol/L=4×10^-8mol/L，則c（H⁺）=

1×10-14

4×10-8

mol/L=2.5×10^-7mol/L，
所以pH=-lg（25×10^-8）=8-2lg5，
故答案為：8-2lg5．

點評：本題考查物質(zhì)的制備實驗方案的設(shè)計，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實驗?zāi)芰�和計算能力的考查，為高考常見題型，注意根據(jù)流程圖把握實驗的原理和操作方法，難度不大．