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 。调pH步骤中加入的试剂最好是 (填化学式)。实验室进行过滤操作所用到的玻璃仪器有 。
(2)煮沸CuSO4溶液的原因是 。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 。
(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0.2500g置于一定量的0.5mol·L-1FeCl3溶液中,待样品完全溶解后,加水20mL,用0.1000mol·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 (填“符合”或“不符合”)国家标准。
(4)25℃时,KSP [Fe(OH)3]= 4.0×10-38。Fe3+发生水解反应Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,该反应的平衡常数为 。
(14分)(1)将Fe2+氧化成Fe3+,便于调整pH值与Cu2+分离(2分);
CuO或Cu(OH)2、CuCO3等(2分);漏斗、烧杯、玻璃棒(2分)
(2)除净溶液中的H2O2,避免影响下一步CuCl的生成(2分)
2CuSO4+2NaCl+Na2SO3+H2O=2CuCl↓+2Na2SO4+H2SO4(2分)
(3)符合(2分) (4)2.5×10-5(2分)
题目分析:(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Fe3+,便于调整pH值与Cu2+分离;在调整pH步骤中加入的试剂是用来除去溶液中的酸,且不能引进新的杂质,所以要加入的试剂可以是CuO或Cu(OH)2或CuCO3;根据表中数据可知,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,溶液的pH应该是3.2≤pH<4.4.生成的氢氧化铁沉淀可以通过过滤实现分离,过滤操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。
(2)反应中过氧化氢是过量的,过氧化氢均有氧化性,如果不除去会影响CuCl的生成。双氧水受热易分解,所以煮沸CuSO4溶液的原因是除净溶液中的H2O2,避免影响下一步CuCl的生成;因为CuSO4中+2价的铜能把Na2SO3中+4价的硫氧化成+6价的硫,而+2价的铜被还原生成+1价的铜,进而生成CuCl沉淀,所以该反应的化学方程式为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
解得 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
所以样品中CuCl的质量分数=×100%=97.91%>96.50%,所以该样品中CuCl的质量分数符合标准。
(4)KSP [Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=4.0×10-38。c(H+)=,因此反应Fe3++3 H2OFe(OH)3+3H+的平衡常数K===2.5×10-5。