Question

16．工業(yè)上需要利用一批回收的含銅廢料制造膽礬（CuSO₄•5H₂O）．該廢料中各種成份含量如下：Cu和CuO約占87%，其它為Mg、Al、Fe、Si及其氧化物，還有少量的難溶物質．工藝流程為：

部分金屬陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH如表：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Cu（OH）2	Mg（OH）2	Fe（OH）2
pH	5.2	3.1	6.7	9.4	9.7

請回答下列問題：
（1）步驟①中為什么要將含銅廢料研磨成粉狀？增大固體反應物的表面積，增大化學反應的速率．
（2）步驟②中的離子方程式（寫出2個即可）：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑、Si+2OH^-+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑或Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O或SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（3）步驟⑤中H₂O₂參加反應的離子方程式：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）步驟⑥中調(diào)節(jié)溶液pH時適宜的物質是C、D（填序號）．
A．NaOH     B．氨水    C．Cu₂（OH）₂CO₃    D．Cu（OH）₂      E．MgCO₃
（5）步驟⑦中用硫酸調(diào)節(jié)pH=2～3的原因是抑制Cu²⁺的水解，也不會引入雜質．
（6）步驟⑧的分離方法步驟是蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾，（洗滌、干燥）．

Answer 1

分析 含銅廢料制造膽礬（CuSO₄•5H₂O），Cu和CuO約占87%，其它為Mg、Al、Fe、Si及其氧化物，還有少量的難溶物質，粉碎后加過量熱堿溶液，Al、Si及其氧化物能與堿反應生成物溶于水，過濾得到濾渣為Cu、Mg、Fe及其氧化物，還有少量的難溶物質，水洗至PH=7，加稀硫酸、雙氧水于80℃保溫0.5h，CuO、MgO、FeO都溶于稀硫酸生成硫酸銅、硫酸鎂、硫酸亞鐵，銅和亞鐵離子被雙氧水氧化成銅離子和三價鐵離子，調(diào)至PH=5.2，沉降1小時，三價鐵離子沉淀完全，過濾得到濾渣氫氧化鐵和濾液，濾液中含有銅離子和鎂離子，用硫酸調(diào)節(jié)溶液pH=2～3，經(jīng)過對濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到產(chǎn)品，蒸發(fā)濃縮時會導致Cu²⁺發(fā)生水解生成Cu（OH）₂，用硫酸調(diào)節(jié)pH=2～3是為了抑制Cu²⁺的水解，也不會引入雜質，據(jù)此答題．

解答 解：含銅廢料制造膽礬（CuSO₄•5H₂O），Cu和CuO約占87%，其它為Mg、Al、Fe、Si及其氧化物，還有少量的難溶物質，粉碎后加過量熱堿溶液，Al、Si及其氧化物能與堿反應生成物溶于水，過濾得到濾渣為Cu、Mg、Fe及其氧化物，還有少量的難溶物質，水洗至PH=7，加稀硫酸、雙氧水于80℃保溫0.5h，CuO、MgO、FeO都溶于稀硫酸生成硫酸銅、硫酸鎂、硫酸亞鐵，銅和亞鐵離子被雙氧水氧化成銅離子和三價鐵離子，調(diào)至PH=5.2，沉降1小時，三價鐵離子沉淀完全，過濾得到濾渣氫氧化鐵和濾液，濾液中含有銅離子和鎂離子，用硫酸調(diào)節(jié)溶液pH=2～3，經(jīng)過對濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到產(chǎn)品，蒸發(fā)濃縮時會導致Cu²⁺發(fā)生水解生成Cu（OH）₂，用硫酸調(diào)節(jié)pH=2～3是為了抑制Cu²⁺的水解，也不會引入雜質，
（1）反應物的接觸面積與反應速率成正比，將含銅廢料研磨成粉狀，增大固體反應物的接觸面積，加快了反應速率，
故答案為：增大固體反應物的表面積，增大化學反應的速率；
（2）鋁、硅及氧化鋁、二氧化硅都能與堿反應，反應的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；   Si+2OH^-+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑；Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O； SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；   Si+2OH^-+H₂O=SiO₃^2-+2H₂↑或Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O或SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（3）過氧化氫具有強氧化性，會把亞鐵離子氧化為鐵離子，本身被還原為水，離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）調(diào)節(jié)pH不能引入新的雜質，A項會引入鈉離子，B項會引入銨根離子、E項會引入鎂離子，C、D項物質會和氫離子反應調(diào)節(jié)pH，同時生成銅離子，不會引入新的雜質，
故答案為：C、D；
（4）銅離子為弱堿陽離子能水解，水解方程式為：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加熱時會促進水解，加入硫酸，增大了H⁺離子濃度，會抑制銅離子水解，
故答案為：抑制Cu²⁺的水解，也不會引入雜質；
（5）步驟⑧為從溶液中獲得硫酸銅晶體，從溶液中得到晶體一般采取蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾，（洗滌、干燥） 的方法．
故答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾，（洗滌、干燥）．

點評 本題以流程圖的形式考察了物質的分離與提純、離子方程式的書寫、水解平衡等知識．分離和提純時一定不能引入新的雜質，調(diào)節(jié)pH一般加入含提純物質中的離子的化合物，避免引入新的雜質．如本題制取膽礬晶體，用Cu₂（OH）₂CO₃、Cu（OH）₂調(diào)節(jié)pH，除去雜質．