Question

下面是利用工業(yè)冶煉硫酸銅（含有Fe²⁺、AsO₃^3-、Ca²⁺等雜質(zhì)）提純制備電鍍硫酸銅的生產(chǎn)流程．

已知：
①Fe³⁺Cu²⁺ 開始沉淀的pH分別2.7、5.4，完全沉淀的pH分別為3.7、6.4；
②K_SP[（Cu（OH）₂]=2×10^-20
（1）溶解操作中需要配制含銅64g/L的硫酸銅溶液100L，需要稱量冶煉級硫酸銅的質(zhì)量至少為

 

 Kg．
（2）氧化步驟中發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為①

 

②AsO₂^-+H₂O₂+H⁺=H₃AsO₄ ③H₃AsO₄+Fe³⁺=FeAsO₄↓+3H⁺
（3）若要檢驗調(diào)節(jié)pH后溶液的Fe³⁺是否除盡，方法是

 

；
氧化后需要將溶液進行稀釋，稀釋后的溶液中銅離子濃度最大不能超過

 

mol?L^-1．
（4）固體I的主要成分除 FeAsO₄外還有

 

，操作I為

 

（5）利用以上電鍍級硫酸銅作為電解質(zhì)溶液，電解粗銅（含鐵、銀雜質(zhì)）制備純銅，寫出陽極發(fā)生的電極反應(yīng)方程式

 

．

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

專題：實驗設(shè)計題

分析：電解液加入雙氧水氧化發(fā)生的反應(yīng)為：AsO₃^3-+H₂O₂+3H⁺═H₃AsO₄+H₂O；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，然后加入碳酸鈉調(diào)節(jié)PH=5時，可生成 FeAsO₄、Fe（OH）₃、CaCO₃沉淀，過濾后溶液Ⅰ主要含有Cu²⁺、Na⁺，將溶液進行蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾干燥，結(jié)晶得到硫酸銅晶體，以此解答該題．

解答： 解：電解液加入雙氧水氧化發(fā)生的反應(yīng)為：AsO₃^3-+H₂O₂+3H⁺═H₃AsO₄+H₂O；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，然后加入碳酸鈉調(diào)節(jié)PH=5時，可生成 FeAsO₄、Fe（OH）₃、CaCO₃沉淀，過濾后溶液Ⅰ主要含有Cu²⁺、Na⁺，將溶液進行蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾干燥，結(jié)晶得到硫酸銅晶體，
（1）配制含銅64g/L的硫酸銅溶液100L，則銅的質(zhì)量為6400g，為

6400g

64g/mol

=100mol，需要稱量冶煉級硫酸銅的質(zhì)量至少為100mol×160g/mol=16000g=16kg，
故答案為：16；
（2）溶液中含有Fe²⁺，加入過氧化氫可發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O等，故答案為：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）可用KSCN檢驗鐵離子，操作方法為取少量溶液Ⅰ于試管，加入幾滴KSCN溶液，若溶液不出現(xiàn)紅色，則說明Fe³⁺已經(jīng)除盡，
溶液pH=5，c（OH^-）=10^-9mol/L，則稀釋后的溶液中銅離子濃度最大不能超過

2×10-20

(10-9)2

mol/L=2×10^-2 mol/L，
故答案為：取少量溶液Ⅰ于試管，加入幾滴KSCN溶液，若溶液不出現(xiàn)紅色，則說明Fe³⁺已經(jīng)除盡；2×10^-2；
（4）由以上分析可知固體I的主要成分除 FeAsO₄外還有Fe（OH）₃、CaCO₃，操作I從溶液中獲得晶體，可蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾干燥，
故答案為：Fe（OH）₃、CaCO₃；蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾干燥；
（5）電解粗銅（含鐵、銀雜質(zhì)）制備純銅，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極發(fā)生的電極反應(yīng)方程式為Fe-2e^-=Fe²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺、Cu-2e^-=Cu²⁺．

點評：本題考查了物質(zhì)分離提純的方法和流程分析應(yīng)用，為高頻考點，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實驗?zāi)芰�和計算能力的考查，注意把握物質(zhì)性質(zhì)的理解，考查學(xué)生對元素及其化合物的主要性質(zhì)的掌握、閱讀題目獲取新信息能力、對工藝流程的理解等，難度中等，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與綜合運用知識、信息分析解決問題能力．