Question

（15分）某矿样含有大量的CuS、少量铁的氧化物及少量其它不溶于酸的杂质。某化学课外小组设计以下流程，取该矿样为原料生产CuC1₂·2H₂O 晶体。
已知：常温下，金属离子开始沉淀和沉淀完全时的pH 见下表。

金属离子	氢氧化物开始沉淀的pH	氢氧化物沉淀完全的pH
Fe2+	7.0	9.0
Fe3+	1.9	3.2
Cu2+	4.7	6.7

回答下列问题：

（l）步骤①的焙烧过程中需要通入氧气。在实验室中，可使用常见化学物质利用上图所示装置制取氧气，试写出熟悉的符合上述条件的两个化学方程式：______________________、______________________。
（2）焙烧产生的尾气中含有的一种气体是形成酸雨的污染物，若将尾气通入氨水中，能发生多个反应，写出其中可能发生的两个氧化还原反应的化学方程式：____________________、__________________。
（3）步骤②酸浸过程中，需要用到3 mol · L^-1的盐酸100 mL，配制该盐酸溶液时，除了用到烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还需要的仪器有_______________________________________。
（4）步骤④加入物质X的目的是_________________________________________，物质X 可以选用下列物质中的______________________。
（A）氢氧化钠         （B）稀盐酸         （C）氨水         （D）氧化铜
（5）当溶液中金属离子浓度低于1×10^-5 mol · L^-1时，认为该金属离子沉淀完全，则Ksp[Fe(OH)₂]=_____。

Answer 1

（1）2H₂O₂ ="==" 2H₂O + O₂ ↑，2Na₂O₂ + 2H₂O ="==" 4NaOH + O₂ ↑。
（2）2H₂SO₃+O₂=2H₂SO₄，2(NH₄)₂SO₃+O₂=2(NH₄)₂SO₄，2NH₄HSO₃+O₂=2NH₄HSO₄                                               
（3）100 mL容量瓶、量筒。
（4）调控溶液的pH，使Fe³⁺以Fe(OH)₃沉淀的形式析出，D。
（5）1×10^-15。

试题分析：（1）根据装置图可知是固液不加热制气体，所以用H₂O₂和Na₂O₂来制取O₂反应方程式为：2H₂O₂ ="==" 2H₂O + O₂ ↑，2Na₂O₂ + 2H₂O ="==" 4NaOH + O₂ ↑。（2）尾气中含有的是SO₂，SO₂没有强氧化性不能与NH₃反生氧化还原反应，SO₂有较强的还原性，可以被空气中的O₂所氧化，所以可能发生的氧化还原反应为2H₂SO₃+O₂=2H₂SO₄，2(NH₄)₂SO₃+O₂=2(NH₄)₂SO₄，2NH₄HSO₃+O₂=2NH₄HSO₄（3）配制3mol · L^-1的盐酸100 mL除了用到烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还需要的仪器有100 mL容量瓶、量筒。（4）根据氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH可知，只要调节pH值，就可以Fe³⁺以Fe(OH)₃沉淀的形式析出，达到除杂的目的。为了不引入新杂质，还能调节pH值，所以选铜的难溶物，如CuO、Cu(OH)₂、CuCO₃等。（5）Fe(OH)₂完全沉淀的pH是9.0，所以Ksp[Fe(OH)₂]=c(Fe²⁺)·c²(OH^-)=1×10^-5×(1×10^-5)²=1×10^-15。
点评：本题属于实验与理论的结合，难度适中，高考中的热门题。