Question

12．硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料．以下是某工厂用含铁废铜为原料生产胆矾（CuSO₄•5H₂O）的生产流程示意图：

胆矾和石膏在不同温度下的溶解度（g/100g水）见表．

温度（℃）	20	40	60	80	100
石膏	0.32	0.26	0.15	0.11	0.07
胆矾	32	44.6	61.8	83.8	114

请回答下列问题：
（1）红棕色滤渣的主要成分是Fe（OH）₃；
（2）写出浸出过程中生成硫酸铜的化学方程式3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
（3）操作I的操作温度应该控制在100℃左右；
（4）从溶液中分离出硫酸铜晶体的操作II应为冷却结晶、过滤 洗涤、干燥；
（5）反应产物中的NO可以循环使用，试仅用一个化学方程式表示NO转化为HNO₃：4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃．

Answer 1

分析 含铁的废铜为原料加入稀硫酸和稀硝酸的混合溶液，溶解后得到浸出液，在浸出液中主要含有Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺、SO₄^2-，加入石灰浆调节溶液PH沉淀铁离子，过滤得到红褐色滤渣为氢氧化铁沉淀，依据石膏和蓝矾的溶解度，控制100°C，滤液中析出石膏，滤液中主要为硫酸铜，通过加热蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到硫酸铜晶体；
（1）由工艺流程图转化关系可知，红褐色滤渣的主要成分为氢氧化铁．
（2）由工艺流程图转化关系可知，由于硫酸的存在，酸过量，硝酸全起氧化剂作用，酸为稀溶液，生成硫酸铜、NO、水．
（3）由表中溶解度关系可知，胆矾溶解度随温度升高增大，而石膏的溶解度随温度升高降低，所以应控制在较高的温度，物质分离较完全，制备的胆矾较纯．
（4）从溶液中分离出硫酸铜晶体应为将热溶液冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（5）一氧化氮循环使用可以利用一氧化氮和氧气再水溶液中反应生成硝酸，重新使用．

解答 解：含铁的废铜为原料加入稀硫酸和稀硝酸的混合溶液，溶解后得到浸出液，在浸出液中主要含有Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺、SO₄^2-，加入石灰浆调节溶液PH沉淀铁离子，过滤得到红褐色滤渣为氢氧化铁沉淀，依据石膏和蓝矾的溶解度，控制100°C，滤液中析出石膏，滤液中主要为硫酸铜，通过加热蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到硫酸铜晶体；
（1）由工艺流程图转化关系可知，浸出液中加入石灰浆调节pH值，铁离子转化为Fe（OH）₃沉淀析出，红褐色滤渣的主要成分为Fe（OH）₃，故答案为：Fe（OH）₃；
（2）由于硫酸的存在，且酸过量，硝酸全起氧化剂作用，酸为稀溶液，生成硫酸铜、NO、水，反应方程式为3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O，
故答案为：3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
（3）由表中溶解度关系可知，胆矾溶解度随温度升高增大，而石膏的溶解度随温度升高降低，所以应控制在较高的温度，温度应该控制在100℃，制备的胆矾相对较纯，
故答案为：100；
（4）从溶液中分离出硫酸铜晶体应为将热溶液冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，故答案为：冷却结晶、过滤；
（5）一氧化氮气体有毒污染空气不能排放到大气中，可以利用一氧化氮和氧气在水溶液中吸收生成硝酸循环使用反应的化学方程式4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃，故答案为：4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、阅读题目获取信息能力、物质分离提纯等基本操作、作图能力等，难度中等，要求学生要有扎实的实验基础知识和灵活应用信息、基础知识解决问题的能力．