Question

16．孔雀石主要成分是Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量FeCO₃及Si的化合物，实验室以孔雀石为原料制备硫酸铜晶体的步骤如下：

（1）步骤Ⅰ中涉及的反应用离子方程式表示为Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+CO₂↑+3H₂O，FeCO₃+2H⁺=Fe²⁺+CO₂↑+H₂O．
（2）步骤Ⅱ中试剂①是b（填代号）．
a．KMnO₄　　　　　b．H₂O₂         c．Fe粉          d．KSCN
（3）步骤Ⅲ加入CuO的目的是消耗酸使溶液pH升高，便于Fe³⁺形成沉淀除去．
（4）步骤Ⅳ获得硫酸铜晶体，需要经过加热浓缩、冷却结晶、过滤等操作．
（5）孔雀石与焦炭一起加热可以生成Cu及其它无毒物质，写出该反应的化学方程式Cu₂（OH）₂CO₃+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+2CO₂↑+H₂O．
（6）测定硫酸铜晶体（CuSO₄•xH₂O）中结晶水的x值：称取2.4g硫酸铜晶体，加热至质量不再改变时，称量粉末的质量为1.6g．则计算得x=4.4（计算结果精确到0.1）．

Answer 1

分析 孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量FeCO₃、Si的化合物，加入稀硫酸反应后生成二氧化碳气体，过滤得到二氧化硅固体，得到滤液1为硫酸铜、硫酸亚铁溶液，“除杂”时先通入足量过氧化氢将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，得到溶液2为硫酸铜、硫酸铁溶液，再加入CuO固体调节溶液pH，沉淀铁离子生成氢氧化铁沉淀；过滤得到滤液为硫酸铜溶液，滤液3为硫酸铜溶液，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到硫酸铜晶体；
（1）孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量FeCO₃、Si的化合物，步骤Ⅰ中涉及的反应是Cu₂（OH）₂CO₃和FeCO₃与硫酸发生复分解反应生成二氧化碳，
（2）步骤Ⅱ中加入试剂①的目的是氧化亚铁离子为铁离子，便于除去，所加试剂能和亚铁离子反应且不能引入新的杂质；
（3）步骤Ⅲ加入CuO目的是调节溶液的PH使铁离子全部沉淀；
（4）溶液中得到溶质的方法是蒸发浓缩冷却结晶、过滤洗涤；
（5）孔雀石与焦炭一起加热可以生成Cu、二氧化碳和水，依据原子守恒配平书写化学方程式；
（6）称量粉末的质量为1.6g为硫酸铜质量，受热前后质量变化为结晶水的质量，结合化学方程式CuSO₄•xH₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+xH₂O计算x．

解答 解：孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量FeCO₃、Si的化合物，加入稀硫酸反应后生成二氧化碳气体，过滤得到二氧化硅固体，得到滤液1为硫酸铜、硫酸亚铁溶液，“除杂”时先通入足量过氧化氢将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，得到溶液2为硫酸铜、硫酸铁溶液，再加入CuO固体调节溶液pH，沉淀铁离子生成氢氧化铁沉淀；过滤得到滤液为硫酸铜溶液，滤液3为硫酸铜溶液，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到硫酸铜晶体；
（1）孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量FeCO₃、Si的化合物，步骤Ⅰ中涉及的反应是Cu₂（OH）₂CO₃和FeCO₃与硫酸发生复分解反应生成二氧化碳，反应的化学方程式为：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+CO₂↑+3H₂O，FeCO₃+2H⁺=Fe²⁺+CO₂↑+H₂O；
故答案为：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+CO₂↑+3H₂O，FeCO₃+2H⁺=Fe²⁺+CO₂↑+H₂O；
（2）步骤Ⅱ中加入试剂①的目的是氧化亚铁离子为铁离子，便于沉淀除去，所加试剂能和亚铁离子反应且不能引入新的杂质，
a．KMnO₄溶液加入后，能氧化亚铁离子，但会引入钾离子、锰离子，故a不符合；　　　　
b．加入H₂O₂会氧化亚铁离子为铁离子，过氧化氢被还原为水，不引入杂质，故b符合；       
c．Fe粉不能氧化亚铁离子，故c不符合；          
d．加入KSCN溶液结合铁离子形成络合物，不能氧化亚铁离子，亚铁离子的存在会干扰硫酸铜晶体的析出，故d不符合；
故答案为：b；
（3）步骤Ⅲ加入CuO目的是和酸反应，调节溶液的PH使铁离子全部沉淀，故答案为：消耗酸使溶液pH升高，便于Fe³⁺形成沉淀除去；
（4）操作Ⅳ是溶液中得到溶质的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤；
故答案为：加热浓缩；冷却结晶；
（5）孔雀石与焦炭一起加热可以生成Cu、二氧化碳和水，依据原子守恒配平书写得到的化学方程式为：Cu₂（OH）₂CO₃+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 2Cu+2CO₂↑+H₂O；
故答案为：Cu₂（OH）₂CO₃+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 2Cu+2CO₂↑+H₂O；
（6）称取2.4g硫酸铜晶体，加热至质量不再改变时，称量粉末的质量为1.6g为硫酸铜质量，n（CuSO₄）物质的量=$\frac{1.6g}{160g/mol}$=0.01mol，受热质量减少2.4g-1.6g=0.8g，水的物质的量=$\frac{0.8g}{18g/mol}$=0.044mol；
CuSO₄•xH₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+xH₂O
              1     x
         0.01mol    0.044mol
 x=4.4
故答案为：4.4．

点评 本题考查了物质分离方法和提纯的应用，主要是物质性质的理解应用，掌握实验基本操作和流程分析是关键，题目难度中等．