Question

7．氧化铜矿石含有CuO和Cu₂（OH）₂CO₃，还含有Fe₂O₃、FeO和SiO₂等．铜、铁是畜禽所必需的微量元素．某饲料厂联合生产硫酸铜和硫酸亚铁工艺流程如图1：

（1）氧化铜矿石粉碎的目的是增大接触面积，加快化学反应速率．氧化时加入的KMnO₄的作用是做氧化剂．
（2）写出“酸浸”中Cu₂（OH）₂CO₃发生反应的离子方程式Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑．
（3）“中和/过滤”中加入CaCO₃的目的是适当降低溶液的酸性，使Fe³⁺水解成沉淀而除出．
（4）流程中多处涉及“过滤”，实验室中过滤操作需要使用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗．
（5）加入铁屑的作用是使母液中Fe³⁺转化为Fe²⁺、除去Cu²⁺、提高硫酸亚铁晶体的纯度．
（6）表和图2“烘干粉碎”的试验结果．
硫酸铜晶体（CuSO₄•5H₂O）干燥实验表

序号	t/h	t/℃	m/g	x
1	3	80	5	4
2	3	160	10	1
3	4	160	10	0.8
4	4	160	5	0
5	5	80	5	3
6	5	160	15	1

表中，m为CuSO₄•5H₂O晶体的质量，x为干燥后所得晶体中结晶水的个数．据此可确定由CuSO₄•5H₂O和FeSO₄•7H₂O脱水得流程中所示产品的适宜工艺条件分别为160℃、3h，125（±5）℃、4.0h（分别指出两条件的温度和时间）．

Answer 1

分析 氧化铜矿石含有CuO和Cu₂（OH）₂CO₃，还含有Fe₂O₃、FeO和SiO₂等，加入硫酸酸浸得到溶液，加入高锰酸钾溶液氧化亚铁离子为铁离子，加入碳酸钙中和过量酸过滤，滤液蒸发结晶、分离烘干粉碎得到硫酸铜晶体，得到滤渣酸浸、过滤、洗涤，加入铁屑置换还原得到铜氧化焙烧得到氧化铜重新酸浸循环利用，滤液蒸发结晶、分离烘干粉碎得到硫酸亚铁晶体，
（1）反应物的接触面积与反应速率成正比；
（2）碱式碳酸铜和稀硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳；
（3）碳酸钙和酸反应而使溶液酸性降低，利于铁生成氢氧化铁沉淀；
（4）根据各仪器的作用选取仪器；
（5）铁能和铜离子、铁离子反应；
（6）根据表2、图1产物与温度、时间的关系分析．

解答 解：（1）反应物的接触面积与反应速率成正比，将氧化铜矿石粉碎，增大了反应物的接触面积，加快了反应速率，氧化时加入的KMnO₄的作用是氧化剂，
故答案为：增大接触面积，加快化学反应速率；做氧化剂；
（2）碱式碳酸铜和稀硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳，离子方程式为：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑，
故答案为：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑；
（3）碳酸钙和酸反应生成盐和水，降低了溶液的酸性，从而时铁离子水解生成沉淀而除去，
故答案为：适当降低溶液的酸性，使Fe³⁺水解成沉淀而除出；
（4）实验室中过滤操作需要使用的玻璃仪器有盛放溶液的烧杯，起引流作用的玻璃棒，过滤作用的漏斗，
故答案为：玻璃棒、漏斗；
（5）母液中含有铁离子和铜离子，铁能和铁离子、铜离子发生氧化还原反应生成亚铁离子和铜单质，从而提高硫酸亚铁晶体的纯度，
故答案为：使母液中Fe³⁺转化为Fe²⁺、除去Cu²⁺，提高硫酸亚铁晶体的纯度；
（6）由CuSO₄•5H₂O脱水得CuSO₄•H₂O结合表2知，要想得到目标产物，适宜的温度和时间分别是160℃、3h，
由FeSO₄•7H₂O脱水得FeSO₄•3H₂O结合图1知，要想得到目标产物，温度和时间分别是125（±5）℃、4.0h，
故答案为：160℃、3h，125（±5）℃、4.0h．

点评 本题考查了制备实验方案设计，涉及知识点较多，明确物质的性质是解本题关键，难点是（6）中温度和时间的选取，明确图表的含义即可得出正确结论，同时考查学生分析问题和解决问题的能力，题目难度中等．