Question

10．孔雀石主要含Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量Fe、Si的化合物．某工厂以孔雀石为主要原料制备CuSO₄•5H₂O及纳米材料G，主要步骤如下：

已知该条件下，通过调节溶液的酸碱性而使Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺沉淀完全．Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺开始沉淀及完全沉淀的pH分别如下：

物质	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Fe（OH）3	2.2	3.2
Fe（OH）2	7.6	9.6
Cu（OH）2	4.7	6.4

请回答下列问题：
（1）孔雀石主要成分Cu₂（OH）₂CO₃与稀硫酸反应的化学方程式为Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑．
（2）溶液A的金属离子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺．要检验其中的Fe²⁺应选择下列试剂中的a（填序号）．
a．KMnO₄         b．NaOH          C．H₂O₂          d．KSCN
（3）试剂①是一种氧化剂，加入该氧化剂的作用是将溶液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺（以便在Cu（OH）₂沉淀之前，通过调节溶液pH使Fe（OH）₃沉淀完全）；
（4）向溶液B中加入试剂②的化学式为CuO或Cu（OH）₂或CaCO₃ 或Cu₂（OH）₂CO₃．
（5）气体E和气体F应该先通入CaCl₂溶液中的是NH₃（填化学式）．写出制备G和H的化学反应方程式2NH₃+CO₂+CaCl₂+H₂O═CaCO₃↓+2NH₄Cl．
（6）欲测定溶液A中Fe²⁺的浓度，可用KMnO₄标准溶液滴定，反应中MnO₄^-还原为Mn²⁺，则该反应的离子方程式为MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．取A溶液20.00mL，用去0.0240mol/L KMnO₄溶液16.00mL时，恰好达到滴定终点，则A溶液中Fe²⁺浓度为0.0960mol/L．

Answer 1

分析 孔雀石主要含Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量Fe、Si的化合物，向孔雀石中加入足量稀硫酸，发生的反应有Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑，Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，硅和稀硫酸不反应，溶液A只含Cu²⁺、Fe²⁺两种金属离子，然后过滤得到的滤渣中含有Si的氧化物，溶液A中含有含有铁盐和亚铁盐及硫酸铜，气体E为CO₂、H₂，通入氨气，2NH₃+CO₂+CaCl₂+H₂O═CaCO₃↓+2NH₄Cl，制备氯化铵，向溶液A中加入试剂①得到溶液B，试剂①是一种氧化剂，将Fe²⁺转化为Fe³⁺且不能引进杂质，可选取双氧水，向溶液B中加入试剂②经过操作Ⅰ得到溶液C和红褐色沉淀D，则操作Ⅰ为过滤，D为Fe（OH）₃，以及过量的试剂，溶液C为硫酸铜溶液，所以为试剂②为CuO或Cu（OH）₂或CaCO₃ 或Cu₂（OH）₂CO₃，据此答题．
（1）碱式碳酸铜能与稀硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳；
（2）Fe²⁺具有还原性，可使高锰酸钾溶液褪色，高锰酸钾溶液与Cu²⁺、Fe³⁺不反应，NaOH 与Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺都反应，无法鉴别，H₂O₂ 与Fe²⁺反应无明显现象，Fe²⁺与KSCN不反应；
（3）试剂①是一种氧化剂，将Fe²⁺转化为Fe³⁺且不能引进杂质，以便在Cu（OH）₂沉淀之前，通过调节溶液pH使Fe（OH）₃沉淀完全；
（4）溶液B加入CuO调节溶液pH值，使Fe³⁺的水解生成氢氧化铁沉淀而除去，调节溶液的PH，除去铁离子杂质；
（5）根据流程图知，生成的气体E为二氧化碳、氢气，制取铵盐需通氨气，根据侯氏制碱法原理分析；
（6）氧化还原反应中失电子的元素化合价升高，得电子的元素化合价降低，化合价降低数目=化合价升高数目=转移的电子数目，Fe²⁺溶液与KMnO₄溶液发生氧化还原反应，反应中MnO₄^-被还原为Mn²⁺，结合原子守恒和电荷守恒配平书写；根据MnO₄^-～5Fe²⁺，计算A溶液中Fe²⁺浓度．

解答 解：（1）碱式碳酸铜为碱式盐能与稀硫酸反应：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑，生成硫酸铜、水和二氧化碳，
故答案为：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑；
（2）Fe²⁺具有还原性，可被酸性高锰酸钾溶液氧化而使高锰酸钾溶液褪色，与KSCN不反应，加入氢氧化钠溶液可生成氢氧化铁、氢氧化铜沉淀而不能检验Fe²⁺，双氧水，双氧水是一种绿色试剂，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，但无明显现象，只有a正确，
故答案为：a；
（3）试剂①是一种氧化剂，将Fe²⁺转化为Fe³⁺且不能引进杂质，可选取双氧水，以便在Cu（OH）₂沉淀之前，通过调节溶液pH使Fe（OH）₃沉淀完全，
故答案为：将溶液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺（以便在Cu（OH）₂沉淀之前，通过调节溶液pH使Fe（OH）₃沉淀完全）
（4）在溶液B中加CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等调节溶液的pH使Fe³⁺完全沉淀，且不引入新的杂质，根据表中数据，Fe³⁺完全沉淀时PH的范围是2.2～3.2，
故答案为：CuO或Cu（OH）₂或CaCO₃ 或Cu₂（OH）₂CO₃；
（5）根据流程图知，生成的气体E为二氧化碳、氢气，在氯化钙溶液中通入气体F为氨气制备碳酸钙纳米材料，因为二氧化碳不与氯化钙溶液反应，同时二氧化碳在水中的溶解度很小，因此，要先向氯化钙溶液中加入氨水或通入氨气，在碱性溶液中通入二氧化碳，增加二氧化碳的溶解度，从而生成碳酸钙，反应方程式为：2NH₃+CO₂+CaCl₂+H₂O=CaCO₃↓+2NH₄Cl，
故答案为：NH₃；2NH₃+CO₂+H₂O+CaCl₂→CaCO₃↓+2NH₄Cl；
（6）Fe²⁺溶液与KMnO₄溶液发生氧化还原反应，反应中MnO₄^-被还原为Mn²⁺，最小公倍数为5，所以KMnO₄前系数为1，Fe²⁺前系数为5，反应的离子方程式为MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，根据离子方程可知MnO₄^-～5Fe²⁺，用去 KMnO₄的物质的量为16.00mL×0.0240mol/L=3.84×10^-4mol，所以A溶液中Fe²⁺浓度为$\frac{3.84×1{0}^{-4}mol×5}{0.02L}$=0.096mol/L，
故答案为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；0.096mol/L．

点评 本题考查以孔雀石为主要原料制备CuSO₄•5H₂O及纳米材料，为高频考点和常见题型，侧重于学生的分析、实验和计算能力得到考查，注意把握实验的原理以及物质的性质，为解答该类题目的关键，注意掌握实验基本操作和流程分析，题目难度中等．