Question

（14分）某科研小组探究工业废Cu粉（杂质含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃中的一种或几种）的组成并制备少量CuSO₄·5H₂O，实现废物综合利用，实验过程如下：

Ⅰ：

 (1) 废Cu粉中一定含有的杂质是                                。

(2) 分别写出过程①、②发生反应的离子方程式：

①                                                ；

②                                                。

Ⅱ：

（3）综合过程Ⅰ、II，计算工业废Cu粉中各成分的质量之比是              （不必化简）。

Ⅲ：已知25℃时：

电解质	Cu(OH)2	Fe(OH)2	Fe(OH)3
溶度积（Ksp）	2.2×10－20	8.0×10－16	4.0×10－38
开始沉淀时的pH	5.4	6.5	3.5
完全沉淀时的pH	6.4	9.6	4.0

（4）在Ⅱ中所得蓝色溶液中加入一定量的H₂O₂ 溶液，调节溶液的pH范围为        ，然后过滤、结晶，可得CuSO₄·5H₂O。

（5）下列与Ⅲ方案相关的叙述中，正确的是           （填字母）。

      A．H₂O₂是绿色氧化剂，在氧化过程中不引进杂质、不产生污染

B．将Fe²⁺氧化为Fe³⁺的主要原因是Fe(OH)₂沉淀比Fe(OH)₃沉淀较难过滤

C．调节溶液pH选择的试剂可以是氢氧化铜或氧化铜

D．在pH>4的溶液中Fe³⁺一定不能大量存在

 

Answer 1

【答案】

（1）Fe₂O₃  SiO₂      （2分）

（2）Fe₂O₃+6H⁺==2Fe³⁺+3H₂O  2Fe³⁺+Cu==2Fe²⁺+Cu²⁺   （2分）

SiO₂+2OH^－==SiO₃^2－+H₂O （2分）

（3） m （Cu）∶m（Fe₂O₃）∶m（SiO₂）=3.2∶3.2∶3 （3分）

（4）4.0≤pH＜5.4 （2分）

（5）ACD （3分）

【解析】(1) 废Cu粉中加入足量稀硫酸，仍然有固体剩余，说明含有二氧化硅，因为二氧化硅和硫酸不反应。所得溶于显蓝色，但铜和稀硫酸不反应，这说明一定含有氧化铁。氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁，硫酸铁能溶解铜。

（2）根据（1）可知反应①的方程式为Fe₂O₃+6H⁺==2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Cu==2Fe²⁺+Cu²⁺ 。二氧化硅能和氢氧化钠溶液反应，方程式为SiO₂+2OH^－==SiO₃^2－+H₂O。

（3）根据反应②可知，二氧化硅的质量是4.92g－1.92g＝3.00g。这说明在4.92g固体还含有为溶解的1.92g铜。根据反应③④可知，氧化铁和氧化铁反应的铜的质量共计是6.4g－1.92g＝4.48g。根据方程式可知Fe₂O₃～Cu，所以二者的物质的量是4.48g÷224g/mol＝0.02mol，所以铜的总的物质的量是0.02mol＋1.92g÷64g/mol＝0.05mol。因此原混合物中铜是0.05mol×64g/mol＝3.2g，氧化铁是0.02mol×160g/mol＝3.2g，所以工业废Cu粉中各成分的质量之比是m （Cu）∶m（Fe₂O₃）∶m（SiO₂）=3.2∶3.2∶3。

（4）调节pH的目的是沉淀氢氧化铁，但不能沉淀氢氧化铜，所以根据沉淀的pH可知，范围应该是4.0≤pH＜5.4。

（5）根据数据可知，如果要沉淀氢氧化亚铁，则氢氧化铜一定生成沉淀，所以选项B是错误的，其余都是正确的，答案选ACD。