Question

14．某工廠的電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物．為實現(xiàn)資源的回收利用并有效防止環(huán)境污染，設(shè)計如下工藝流程：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
開始沉淀的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的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，便于調(diào)整pH值與Cu²⁺分離．調(diào)pH步驟中加入的試劑最好是CuO、或Cu（OH）₂、或CuCO₃（填化學式）．實驗室進行過濾操作所用到的玻璃儀器有漏斗、燒杯、、玻璃棒．
（2）煮沸CuSO₄溶液的原因是除凈溶液中的H₂O₂，避免影響下一步CuCl的生成．
向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃，可以生成白色的CuCl沉淀，寫出該反應(yīng)的化學方程式2CuSO₄+2NaCl+Na₂SO₃+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄．
（3）Fe³⁺發(fā)生水解反應(yīng)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c{\;}^{3}（H{\;}^{+}）}{c（Fe{\;}^{3+}）}$．
（4）稱取所制備的CuCl樣品0.250 0g置于一定量的0.5mol•L^-1FeCl₃溶液中，待樣品完全溶解后，加水20mL，用0.100 0mol•L^-1的Ce（SO₄）₂溶液滴定，到達終點時消耗Ce（SO₄）₂溶液25.00mL．有關(guān)的化學反應(yīng)為Fe³⁺+CuCl═Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-，Ce⁴⁺+Fe²⁺═Fe³⁺+Ce³⁺．計算該CuCl樣品的質(zhì)量分數(shù)99.50%．

Answer 1

分析 工藝流程：電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物．用酸浸取，再用雙氧水氧化，可得硫酸銅和硫酸鐵的混合溶液，調(diào)節(jié)PH值，使鐵離子產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀，過濾得氫氧化鐵固體，再將氫氧化鐵固體加熱分解得氧化鐵，過濾得濾液中含有硫酸銅，向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃，將銅離子還原成亞銅離子，生成白色的CuCl沉淀，
（1）根據(jù)雙氧水的性質(zhì)分析，雙氧水有氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)；根據(jù)過濾操作的原理、使用的儀器進行分析解答即可；
（2）CuSO₄中+2價的銅具有氧化性能氧化Na₂SO₃中+4價的硫；
（3）依據(jù)平衡常數(shù)的概念結(jié)合反應(yīng)方程式寫出平衡常數(shù)表達式；
（4）根據(jù)關(guān)系式計算n（CuCl），進而計算樣品中m（CuCl），進一步計算該CuCl樣品的質(zhì)量分數(shù)；

解答 解：（1）電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物，酸浸后主要是溶解銅、鐵等金屬化合物，雙氧水有強氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)，F(xiàn)e²⁺具有還原性，酸浸后加入H₂O₂，F(xiàn)e²⁺能被雙氧水氧化為高價離子，便于調(diào)整pH值與Cu²⁺分離，調(diào)pH步驟中加入的試劑最好是加入某種物質(zhì)除去溶液中的酸且不引進新的雜質(zhì)，所以要加入氧化銅、或氫氧化銅、碳酸銅，當溶液的pH值4.4時，銅離子開始出現(xiàn)沉淀，當溶液的pH值為3.2時，三價鐵離子沉淀完全，銅離子未產(chǎn)生沉淀，所以要使三價鐵離子和銅離子分離，過濾操作用到的儀器有鐵架臺、漏斗、燒杯、玻璃棒等；其中屬于玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，便于調(diào)整pH值與Cu²⁺分離；CuO、或Cu（OH）₂、或CuCO₃；漏斗、燒杯、玻璃棒；
（2）過氧化氫性質(zhì)比較穩(wěn)定，若加熱到153℃便猛烈的分解為水和氧氣，將溶液中過量的H₂O₂ 除去可加熱至沸避免影響下一步CuCl的生成，因為CuSO₄中+2價的銅能把Na₂SO₃中+4價的硫氧化成+6價的硫，向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃時生成白色的CuCl沉淀，反應(yīng)的化學方程式為：2CuSO₄+2NaCl+Na₂SO₃+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄，
故答案為：除凈溶液中的H₂O₂，避免影響下一步CuCl的生成；2CuSO₄+2NaCl+Na₂SO₃+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄；
（3）Fe³⁺發(fā)生水解反應(yīng)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，所以平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c{\;}^{3}（H{\;}^{+}）}{c（Fe{\;}^{3+}）}$，
故答案為：K=$\frac{c{\;}^{3}（H{\;}^{+}）}{c（Fe{\;}^{3+}）}$；
（4）設(shè)樣品中CuCl的質(zhì)量為x，有關(guān)的化學反應(yīng)為：Fe³⁺+CuCl=Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-，Ce⁴⁺+Fe²⁺=Fe³⁺+Ce³⁺，則：
由化學反應(yīng)方程式可知：CuCl～～～Fe²⁺～～～Ce⁴⁺ 
                                      1                              1
                                n（CuCl）        25.00×10^-3L×0.1000 mol/L
所以 n（CuCl）=25.00×10^-3L×0.1000 mol/L=2.50×10^-3mol．
所以該樣品CuCl的質(zhì)量為2.50×10^-3mol×99.5g/mol=0.24875g，所以0.2500g該樣品CuCl的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{0.24875g}{0.2500g}$×100%=99.50%，
故答案為：99.50%．

點評 本題是一道實驗探究題，能較好的考查學生分析和解決問題的能力，考查了常見物質(zhì)分離的方法，滴定計算等，注意實驗方案的設(shè)計原理和步驟利用關(guān)系式計算，依據(jù)已有的知識結(jié)合物質(zhì)間反應(yīng)的實驗現(xiàn)象進行物質(zhì)成分的推斷，是解答的關(guān)鍵，平時注意打好扎實的基礎(chǔ)知識和靈活應(yīng)用知識解決問題的能力培養(yǎng)，題目難度中等．