Question

6．孔雀石的主要成分為Cu₂（OH）₂CO₃，還含少量二價鐵和三價鐵的氧化物及硅的氧化物．如圖1是實驗室以孔雀石為原料制備膽礬晶體的流程圖：

請回答下列問題：
（1）溶液A中的金屬離子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺．從下列所給試劑中選擇：實驗步驟中試劑①為c（填代號）
a、KMnO₄            b、HNO₃c、H₂O₂         d、Cl₂
（2）根據(jù)圖2有關(guān)數(shù)據(jù)，你認(rèn)為工業(yè)上加入試劑①氧化操作時應(yīng)采取的措施是：溶液溫度控制在80℃，pH控制在1.5，氧化時間為4小時左右．
（3）欲測定溶液A中Fe²⁺的濃度，可用KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，反應(yīng)中MnO₄^-還原為Mn²⁺，取A溶液20.00mL，用去0.0240mol/L KMnO₄溶液16.00mL時，恰好達到滴定終點，則A溶液中Fe²⁺濃度為0.096mol/L．
（4）請設(shè)計一種實驗方案檢驗溶液C中Fe³⁺是否完全除去（寫出操作步驟、現(xiàn)象和結(jié)論）取待檢溶液少許，加入KSCN溶液，若溶液不變紅色，說明Fe³⁺已完全除去；若溶液變紅色，則說明Fe³⁺未完全除去．
（5）由溶液C獲得膽礬晶體，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等操作．除燒杯漏斗外過濾操作還用到另一玻璃儀器，該儀器在此操作中的主要作用是引流．
（6）為測定膽礬中結(jié)晶水?dāng)?shù)目，稱取24.8g硫酸銅晶體盛裝在干燥的坩堝
（填儀器名稱）里，灼燒至質(zhì)量不再改變時，稱量粉末的質(zhì)量為16.0g．，則計算得膽礬（CuSO₄•nH₂O）中n=4.9（計算結(jié)果精確到0.1）．

Answer 1

分析 向孔雀石中加入足量稀硫酸，發(fā)生的反應(yīng)有Cu₂（OH）₂CO₃+4HCl=2CuCl₂+3H₂O+CO₂↑，溶液A只含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺三種金屬離子，鐵的氧化物溶于稀硫酸生成鐵鹽、亞鐵鹽和水，然后過濾得到的濾渣為SiO₂，溶液A中含有含有鐵鹽和亞鐵鹽及硫酸銅，氣體為CO₂，向溶液A中加入試劑①得到溶液B，試劑①是一種氧化劑，將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺且不能引進雜質(zhì)，應(yīng)該選取雙氧水，向溶液B中加入試劑CuO經(jīng)過過濾得到溶液C和紅褐色沉淀Fe（OH）₃，溶液C為硫酸銅溶液，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到硫酸銅晶體，據(jù)此答題，
（1）分析可知溶液A中含Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺三種金屬離子，試劑①是一種氧化劑，將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺且不能引進雜質(zhì)；
（2）根據(jù)如圖2有關(guān)數(shù)據(jù)可知，pH值相等時溫度越高Fe²⁺轉(zhuǎn)化率越高，溫度相等時pH值越小Fe²⁺轉(zhuǎn)化率越高，據(jù)此選擇條件；
（3）Fe²⁺溶液與KMnO₄溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)中MnO₄^-被還原為Mn²⁺，反應(yīng)的離子方程式為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，根據(jù)離子方程可知MnO₄^-～5Fe²⁺，據(jù)此計算；
（4）鐵離子遇到KSCN溶液反應(yīng)生成血紅色溶液；
（5）將溶液硫酸銅加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到五水硫酸銅；過濾操作用到玻璃儀器為燒杯、玻璃棒、漏斗；
（6）固體灼燒在坩堝內(nèi)，硫酸銅晶體灼燒至質(zhì)量不再改變時，稱量粉末的質(zhì)量為16.0g．質(zhì)量減少為結(jié)晶水的質(zhì)量，16.0g為硫酸銅的質(zhì)量，據(jù)此計算n值．

解答 解：（1）分析可知溶液A溶液A中的金屬離子有：Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，“試劑1”的目的是將溶液中的Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，且不能引進雜質(zhì)，加入雙氧水，雙氧水是一種綠色試劑，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，不會引入雜質(zhì)，故選c，
故答案為：Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺；c；
（2）根據(jù)如圖2有關(guān)數(shù)據(jù)可知，pH值相等時溫度越高Fe²⁺轉(zhuǎn)化率越高，溫度相等時pH值越小Fe²⁺轉(zhuǎn)化率越高，所以工業(yè)上氧化操作時應(yīng)采取的措施是溶液溫度控制在80℃，pH控制在1.5，氧化時間為4小時左右Fe²⁺轉(zhuǎn)化率達到較大值，4小時以后變化不大，
故答案為：80；1.5；4；
（3）Fe²⁺溶液與KMnO₄溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)中MnO₄^-被還原為Mn²⁺，反應(yīng)的離子方程式為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，根據(jù)離子方程可知MnO₄^-～5Fe²⁺，用去 KMnO₄的物質(zhì)的量為16.00mL×0.0240mol/L=3.84×10^-4mol，所以A溶液中Fe²⁺濃度為$\frac{3.84×1{0}^{-4}mol×5}{0.02L}$=0.096mol/L，
故答案為：0.096；
（4）鐵離子的檢驗方法為取待檢溶液少許，加入KSCN溶液，若溶液不變紅色，說明Fe³⁺已完全除去；若溶液變紅色，則說明Fe³⁺未完全除去，
故答案為：取待檢溶液少許，加入KSCN溶液，若溶液不變紅色，說明Fe³⁺已完全除去；若溶液變紅色，則說明Fe³⁺未完全除去；
（5）由溶液C獲得膽礬晶體，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到五水硫酸銅，除燒杯漏斗外過濾操作還用到另一玻璃儀器為玻璃棒，該儀器在此操作中的主要作用是引流，
故答案為：冷卻結(jié)晶；引流；
（6）稱取24.8g硫酸銅晶體CuSO₄•nH₂O，盛裝在干燥的坩堝中灼燒至質(zhì)量不再改變時，稱量粉末的質(zhì)量為16.0g硫酸銅，物質(zhì)的量=$\frac{16.0g}{160g/mol}$=0.1mol，
CuSO₄•nH₂O物質(zhì)的量為0.1mol，M=248g/mol，
質(zhì)量減少為水的質(zhì)量，水物質(zhì)的量=$\frac{24.8g-16g}{18g/mol}$=0.49mol，
則n=4.9
故答案為：坩堝；4.9：

點評 本題考查物質(zhì)制備及物質(zhì)分離和提純，為高考高頻點，側(cè)重考查學(xué)生分析、計算及實驗操作能力，關(guān)鍵是明確實驗原理及基本操作方法，知道流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及操作方法，題目難度中等．