Question

3．孔雀石主要含Cu₂（OH）₂CO₃，还含少量FeO、SiO₂．以孔雀石为原料可制备CuSO₄•5H₂O步骤如下：

（1）写出孔雀石与稀硫酸反应的化学方程式：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+CO₂↑+3H₂O，
为了提高原料浸出速率，可采取的措施有增加硫酸浓度、将原料粉碎、提高反应温度，加催化剂等均可（写出两条）．
（2）溶液A的金属离子有Cu²⁺、Fe²⁺．实验步骤中试剂①最佳选b（填代号）．
a．KMnO₄      b．H₂O₂      c．Cl₂      d．HNO₃
（3）溶液B中加入CuO作用是调pH值，使Fe³⁺沉淀完全．
（4）常温下Fe（OH）₃的K_sp=1×10^-39，若要将溶液中的Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，使溶液中c（Fe³⁺）降低至1×10^-3mol/L，必需将溶液pH调节至2．
（5）由溶液C获得CuSO₄•5H₂O晶体，需要经蒸发浓缩（或加热蒸发、蒸发溶液），冷却结晶和过滤．
（6）可用KMnO₄标准溶液测定溶液A中Fe²⁺的浓度，量取A溶液20.00ml，用0.010mol/L酸性KMnO₄标准溶液滴定，消耗KMnO₄10.00ml，A溶液中Fe²⁺的物质的量浓度0.025mol/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，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）碱式碳酸铜为碱式盐能与稀硫酸反应，依据影响化学反应速率的因素分析判断；
（2）双氧水是一种绿色试剂，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，但无明显现象；
（3）在溶液B中加CuO调节溶液的pH使Fe³⁺完全沉淀，且不引入新的杂质；
（4）依据溶度积常数计算氢氧根离子浓度，结合离子积常数计算氢离子浓度得到溶液PH；
（5）溶液中得到溶质的方法是经蒸发浓缩（或加热蒸发、蒸发溶液），冷却结晶、过滤，得到溶质；
（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，结合原子守恒和电荷守恒配平写出离子方程式，结合定量关系计算亚铁离子浓度．

解答 解：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，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，
（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，为了提高原料浸出速率，可采取的措施有增加硫酸浓度、将原料粉碎、提高反应温度，加催化剂等，
故答案为：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑；增加硫酸浓度、将原料粉碎、提高反应温度，加催化剂等；
（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b正确，
故答案为：b；
（3）在溶液B中加CuO调节溶液的pH使Fe³⁺完全沉淀，且不引入新的杂质，
故答案为：调pH值，（或减少c（H⁺），）使Fe³⁺沉淀完全；
（4）常温下Fe（OH）₃的K_sp=1×10^-39，使溶液中c（Fe³⁺）=1×10^-3mol/L，则c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-39}}{1×1{0}^{-3}}}$mol/L=1×10^-12mol/L，所以溶液中c（H⁺）=1×10^-2mol/L，则pH=2，
故答案为：2；
（5）CuSO₄•5H₂O晶体，在高温时易失去水，所以从溶液中获得CuSO₄•5H₂O晶体，需要经蒸发浓缩（或加热蒸发、蒸发溶液），冷却结晶、过滤，
故答案为：蒸发浓缩（或加热蒸发、蒸发溶液），冷却结晶；
（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10.00mL×0.010mol/L=1.0×10^-4mol，所以A溶液中Fe²⁺浓度为$\frac{1.0×1{0}^{-4}mol×5}{0.02L}$=0.025mol/L，
故答案为：0.025．

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．