Question

17．铜在自然界存在于多种矿石中．
（Ⅰ）以硅孔雀石（主要成分为CuSiO₃•2H₂O，含少量SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃等杂质）为原料制取硫酸铜的工艺流程如下：

已知：Fe³⁺、Cu²⁺和Fe²⁺以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、6.7和9.7．
（1）“溶浸”中CuSiO₃•2H₂O和H₂SO₄发生反应的化学方程式CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O．
（2）“溶浸”中，选取浓度为20% H₂SO₄为浸出剂，铜的浸出率与浸出时间的关系见图2．由图2可得，随着浸出时间的增长，铜的浸出率相应增加；浸出时间超过24小时后，铜的浸出率变化不是很明显（至少写一条变化规律）．
（3）“除杂”中，加入MnO₂的作用是2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺（用离子方程式表示）．“除杂”中需在搅拌下加入石灰乳以调节溶液的pH到3～4，沉淀部分杂质离子，分离得滤液．滤渣的主要成分为Fe（OH）₃．
（4）据报道：“生态马路”是在铺设时加入一定量的TiO₂，TiO₂受太阳光照射后，产生的电子被空气或水中的氧获得，生成H₂O₂．H₂O₂能清除路面空气中的C_xH_y、CO等，其主要是利用了H₂O₂的氧化性（填“氧化性”或“还原性”）．
（5）某研究小组用如图3装置模拟“生态马路”的部分原理并测定CO的转化效率（夹持装置已略去）．
①B装置中的药品名称为浓硫酸，若通入2.24L（已折算成标准状况）CO气体和足量空气，最终测得装置C增重1.1g，则CO的转化率为25%．
②实验①中，当CO气体全部通入后，还要再通一会儿空气，其目的是保证反应过程中生成的CO₂全部被碱石灰吸收，减小实验误差．

Answer 1

分析 硅孔雀石是一种含铜矿石，主要成分为CuSiO₃•2H₂O，含少量SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃等杂质，硅孔雀石矿粉加入稀硫酸溶解，发生的反应为：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O，FeCO₃、Fe₂O₃与硫酸反应生成二价铁和三价铁离子，则浸出液中含有二价铜、二价铁和三价铁离子，加入MnO₂氧化亚铁离子浸取后过滤，滤液A加入铜的化合物调节溶液PH=4使铁离子全部沉淀，过滤得到滤液主要是硫酸铜溶液，通过蒸发浓缩蒸发，冷却结晶得到硫酸铜晶体．
（1）“溶浸”中CuSiO₃•2H₂O和H₂SO₄发生生成硫酸铜、硅酸和水；
（2）根据图象分析，随着浸出时间的增长，①铜的浸出率相应增加；②浸出时间超过24小时后，铜的浸出率变化不是很明显；
（3）根据实验目的除去铁，则二氧化锰将二价铁氧化成三价铁；根据pH到3～4Fe³⁺完全沉淀分析；
（4）C_xH_y、CO等具有还原性，H₂O₂具有强氧化性；
（5）①NaOH溶液增重11g为吸收的CO₂质量，根据碳元素守恒可知，转化率的CO的物质的量等于CO₂的物质的量为=$\frac{11g}{44g/mol}$=0.25mol；依据转化率概念计算得到；
②装置中有残留的二氧化碳气体，通一会空气的目的是赶净装置中 的二氧化碳被氢氧化钠吸收，减少测定误差．

解答 解：（1）“溶浸”中CuSiO₃•2H₂O和H₂SO₄发生生成硫酸铜、硅酸和水，方程式为：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O，
故答案为：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O；
（2）根据图象变化趋势，随着浸出时间的增长，①铜的浸出率相应增加；②浸出时间超过24小时后，铜的浸出率变化不是很明显，
故答案为：①铜的浸出率相应增加；②浸出时间超过24小时后，铜的浸出率变化不是很明显；
（3）因为要将铁转化成氢氧化铁除去，则二氧化锰将二价铁氧化成三价铁，离子方程式为：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺；pH到3～4只有Fe³⁺完全沉淀，所以滤渣的主要成分为氢氧化铁，
故答案为：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺；Fe（OH）₃；
（4）C_xH_y、CO等具有还原性，H₂O₂具有强氧化性，H₂O₂能氧化C_xH_y、CO等，清除路面空气中的C_xH_y、CO等，
故答案为：氧化性；
（5）①B装置中可盛装浓硫酸干燥气体，22.4L（已折算成标准状况）CO气体的物质的量为：n（CO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
碱石灰增重11g为吸收的CO₂质量，根据碳元素守恒可知，转化率的CO的物质的量等于CO₂的物质的量为：n（CO）=n（CO₂）=$\frac{1.1g}{44g/mol}$=0.025mol，所以CO的转化率为$\frac{0.025mol}{0.1mol}$×100%=25%，
故答案为：浓硫酸；25%；
②装置中有残留的CO₂气体，通一会空气，将残留在装置中的CO₂气体排出，以便被碱石灰吸收，从而减小误差，
故答案为：保证反应过程中生成的CO₂全部被碱石灰吸收，减小实验误差．

点评 本题考查铜及其化合物的性质、学生阅读题目获取信息能力、物质分离提纯等基本操作、对实验原理装置的理解等，题目难度中等，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．