Question

1．硅孔雀石是一种含铜的矿石，含铜形态为CuCO₃•Cu（OH）₂和CuSiO₃•2H₂O，同时含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、Al₂O₃等杂质．以硅孔雀石为原料制取硫酸铜的工艺流程如图：

请回答下列问题：
（1）完成步骤①中稀硫酸与CuSiO₃•2H₂O发生反应的化学方程式
CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄═CuSO₄+H₄SiO₄+H₂O；
用离子方程式表示双氧水的作用2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（2）步骤②调节溶液pH选用的最佳试剂是B
A．Fe₂O₃  B．CuO    C．Al₂O₃      D．NH₃•H₂O
（3）有关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如表：

氢氧化物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
开始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2
完全沉淀的pH	5.2	3.7	9.7	6.7

由上表可知：当溶液pH=4时，可以完全除去的离子是Fe³⁺，不能完全除去的离子是Al³⁺．
（4）滤液B通过蒸发浓缩（设体积浓缩为原来的一半）、冷却结晶可以得到CuSO₄•5H₂O晶体．某同学认为上述操作会拌有硫酸铝晶体的析出．请你结合相关数据对该同学的观点予以评价（已知常温下，Al₂（SO₄）₃饱和溶液中c（Al³⁺）=2.25mol•L^-1，K_sp[Al（OH）₃]=3.2×10^-34）该同学的观点是错误的；通过计算可知，滤液B中，c（Al³⁺）=3.2×10^-4mol/L，浓缩后c（Al³⁺）=6.4×10^-4mol/L＜＜2.25mol/L，所以不会有硫酸铝晶体析出．

Answer 1

分析 硅孔雀石是一种含铜矿石，含铜形态为CuCO₃•Cu（OH）₂和CuSiO₃•2H₂O，同时含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、A1₂O₃等杂质，硅孔雀石矿粉加入稀硫酸溶解，加入过氧化氢氧化亚铁离子浸取后过滤，得到滤渣主要为SiO₂、H₂SiO₃，滤液A在含有Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、H⁺，加入铜的化合物调节溶液pH=4使铁离子全部沉淀，此时铝离子有部分沉淀，过滤得到滤液B主要是硫酸铜溶液，含有少量硫酸铝和硫酸溶液，通过蒸发浓缩蒸发，冷却结晶得到硫酸铜晶体，
（1）硅酸铜和硫酸反应生成硫酸铜、硅酸，双氧水具有强氧化性，可氧化亚铁离子；
（2）调节pH时注意不能引入新杂质；
（3）根据氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH列表进行分析PH=4完全沉淀、不完全沉淀的离子；
（4）根据氢氧化铝的溶度积以及溶液的pH=4，计算出铝离子的浓度，再进行判断是否有硫酸铝析出．

解答 解：（1）利用质量守恒定律，可以判断未知物是硅酸，利用观察法配平反应方程式为：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄═CuSO₄+H₄SiO₄+H₂O；双氧水将亚铁离子氧化成铁离子的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：H₄SiO₄；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（2）由于滤液A显示酸性，加入的试剂能够中和溶液中的氢离子，还不能引进新的杂质，所以应该选用B氧化铜，故答案为：B；
（3）有表中数据可知，pH=4时，三价铁离子完全生成了氢氧化铁沉淀，而铝离子完全沉淀需要的pH是5.2，所以铝离子没有完全沉淀，
故答案为：Fe³⁺；Al³⁺；
（4）pH=4时，溶液中的氢氧根离子的浓度为：1×10^-10mol/L，溶液中铝离子浓度为：$\frac{3.2×1{0}^{-34}}{（{1×1{0}^{-10}）}^{3}}$mol/L=3.2×10^-4mol/L，浓缩后c（Al³⁺）=6.4×10^-4mol/L＜＜2.25mol/L，所以不会有硫酸铝晶体析出，
故答案为：该同学的观点是错误的；通过计算可知，滤液B中，c（Al³⁺）=3.2×10^-4mol/L，浓缩后c（Al³⁺）=6.4×10^-4mol/L＜＜2.25mol/L，所以不会有硫酸铝晶体析出．

点评 本题借助硅孔雀石为原料制取硫酸铜的工艺流程，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的熬成，题目侧重考查了化学方程式书写、误差分析、化学计算等知识，难度中等．