Question

4．某工厂的电镀污泥中含有铜、铁等金属化合物．为实现资源的回收利用并有效防止环境污染，设计如下工艺流程：

（1）酸浸后加入H₂O₂的目的是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，便于调整pH值与Cu²⁺分离．调pH步骤中加入的试剂最好是CuO、或Cu（OH）₂、或CuCO₃（填化学式）．实验室进行过滤操作所用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒．
（2）向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃，可以生成白色的CuCl沉淀，写出该反应的化学方程式2CuSO₄+2NaCl+Na₂SO₃+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄．
（3）CuCl产品中CuCl的质量分数大于96.50%为国家合格标准．称取所制备的CuCl样品0.250 0g置于一定量的0.5mol•L^-1 FeCl₃溶液中，待样品完全溶解后，加水20mL，用0.100 0mol•L^-1的Ce（SO₄）₂溶液滴定，到达终点时消耗Ce（SO₄）₂溶液24.60mL．有关的化学反应为Fe³⁺+CuCl═Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-，Ce⁴⁺+Fe²⁺═Fe³⁺+Ce³⁺．通过计算说明该CuCl样品符合（填“符合”或“不符合”）国家标准．
（4）25℃时，K_sp=4.0×10^-38．Fe³⁺发生水解反应Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，该反应的平衡常数为2.5×10^-5．

Answer 1

分析 工艺流程：电镀污泥中含有铜、铁等金属化合物．用酸浸取，再用双氧水氧化，可得硫酸铜和硫酸铁的混合溶液，调节PH值，使铁离子产生氢氧化铁沉淀，过滤得氢氧化铁固体，再将氢氧化铁固体加热分解得氧化铁，过滤得滤液中含有硫酸铜，向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃，将铜离子还原成亚铜离子，生成白色的CuCl沉淀，
（1）根据双氧水的性质分析，双氧水有氧化性，能氧化还原性的物质；根据过滤操作的原理、使用的仪器进行分析解答即可；
（2）CuSO₄中+2价的铜具有氧化性能氧化Na₂SO₃中+4价的硫；
（3）根据关系式计算n（CuCl），进而计算样品中m（CuCl），计算0.2500g合格的CuCl中含有CuCl的质量，进行比较判断；
（4）依据平衡常数的概念结合反应写出计算式计算平衡浓度解答．

解答 解：（1）电镀污泥中含有铜、铁等金属化合物，酸浸后主要是溶解铜、铁等金属化合物，双氧水有强氧化性，能氧化还原性的物质，Fe²⁺具有还原性，酸浸后加入H₂O₂，Fe²⁺能被双氧水氧化为高价离子，便于调整pH值与Cu²⁺分离，调pH步骤中加入的试剂最好是加入某种物质除去溶液中的酸且不引进新的杂质，所以要加入氧化铜、或氢氧化铜、碳酸铜，当溶液的pH值4.4时，铜离子开始出现沉淀，当溶液的pH值为3.2时，三价铁离子沉淀完全，铜离子未产生沉淀，所以要使三价铁离子和铜离子分离，过滤操作用到的仪器有铁架台、漏斗、烧杯、玻璃棒等；其中属于玻璃仪器有：漏斗、烧杯、玻璃棒，
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，便于调整pH值与Cu²⁺分离；CuO、或Cu（OH）₂、或CuCO₃；漏斗、烧杯、玻璃棒；
（2）CuSO₄中+2价的铜能把Na₂SO₃中+4价的硫氧化成+6价的硫，向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃时生成白色的CuCl沉淀，反应的化学方程式为：2CuSO₄+2NaCl+Na₂SO₃+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄，
故答案为：2CuSO₄+2NaCl+Na₂SO₃+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄；
（3）设样品中CuCl的质量为x，有关的化学反应为：Fe³⁺+CuCl=Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-，Ce⁴⁺+Fe²⁺=Fe³⁺+Ce³⁺，则：
由化学反应方程式可知：CuCl～～～Fe²⁺～～～Ce⁴⁺ 
                       1                  1
                   n（CuCl）        24.60×10^-3L×0.1000 mol/L
所以 n（CuCl）=24.60×10^-3L×0.1000 mol/L=2.46×10^-3mol．
所以该样品CuCl的质量为2.46×10^-3mol×99.5g/mol=0.2448g．
0.2500g合格的CuCl中含有CuCl的质量0.2500g×96.5%=0.2413g，小于0.2448g，所以该样品中CuCl的质量分数符合标准，
故答案为：符合；
（4）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{c（O{H}^{-}）}$，反应Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常数K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$═$\frac{1{0}^{-42}}{c（F{e}^{3+}）{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=2.5×10^-5，
故答案为：2.5×10^-5．

点评 本题是一道实验探究题，能较好的考查学生分析和解决问题的能力，考查了常见物质分离的方法，滴定计算等，注意实验方案的设计原理和步骤利用关系式计算，依据已有的知识结合物质间反应的实验现象进行物质成分的推断，是解答的关键，平时注意打好扎实的基础知识和灵活应用知识解决问题的能力培养，题目难度中等．