问题 填空题

某同学用工业硫酸铜(含硫酸亚铁等杂质)制备纯净的CuSO4·5H2O。工艺流程如下

(部分操作和条件略):

I.取工业硫酸铜固体,用稀硫酸溶解,过滤。

II.向滤液中滴加H2O2溶液,稍加热。

III.向II的溶液中加入CuO粉末至pH=4。

IV.加热煮沸,过滤,滤液用稀硫酸酸化至pH=1。

V.蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得晶体。

已知部分阳离子生成氢氧化物的pH、Ksp(25℃)如下表:

物质Fe(OH)3Fe (OH)2Cu(OH)2
开始沉淀时pH2.77.64.7
完全沉淀时pH3.79.66.7
Ksp4.0×10–388.0×10–162.2×10–20
 

(1)II中发生反应的离子方程式是                                               

(2)II中将Fe2+氧化为Fe3+的目的是                                             

(3)用K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)验证II中Fe2+是否转化完全的现象是                

(4)III中发生反应的离子方程式是                                              

通过计算说明在此条件下的溶液中Fe3+是否沉淀完全________________________(提示:当溶液中某离子浓度小于1.0×10–5 mol/L时可认为该离子沉淀完全)。

(5)应用化学平衡移动原理解释IV中“滤液用稀硫酸酸化”的原因                  

答案

(1)2Fe2+ +H2O2+2H+=2Fe3++2H2O   (2分) (2)在调节pH=4时,只将Fe3+转化为沉淀除去,而不会使Cu2+转化为沉淀。(表述合理即可得分)      (2分)

(3)若有蓝色沉淀生成,说明Fe2+没有完全转化;若没有蓝色沉淀生成,说明Fe2+已经完全转化。(只答出其中一种情况,表述正确得满分。)    (1分)

(4)Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+  CuO+2H+=Cu2++ H2O (或只书写第二个反应也可得分)

或2Fe3++3CuO+3H2O=2Fe(OH)3+3Cu2+       (2分)

c(Fe3+)==4.0×10–8 mol·L–1<1.0×10–5 mol·L–1,故Fe3+沉淀完全  (2分)

(5)用稀硫酸酸化至pH=1,可以抑制Cu2+在加热过程中水解,以获得纯净的硫酸铜晶体。(表述合理即可得分)    (1分)

题目分析:(1)由于溶液中含有亚铁离子,需要将其氧化为铁离子除去。双氧水具有氧化性,因此向滤液中滴加H2O2溶液,稍加热的目的是除去亚铁离子,反应的离子方程式为2Fe2+ +H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。

(2)由于亚铁离子沉淀时的pH值大于铜离子沉淀时的pH值,而铁离子完全沉淀时的pH值是3.7,所以II中将Fe2+氧化为Fe3+的目的是在调节pH=4时,只将Fe3+转化为沉淀除去,而不会使Cu2+转化为沉淀。

(3)由于铁氰化钾与亚铁离子结合产生蓝色沉淀,据此可以检验亚铁离子。即若有蓝色沉淀生成,说明Fe2+没有完全转化;若没有蓝色沉淀生成,说明Fe2+已经完全转化。

(4)氧化铜能消耗氢离子,降低溶液的酸性,从而产生氢氧化铁沉淀,因此反应的离子方程式为Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+  CuO+2H+=Cu2++ H2O;氢氧化铁的溶度积常数是4.0×10–38,则当溶液中OH等于10-10mol/L时,则此时溶液中c(Fe3)==4.0×10-8 mol·L-1<1×10-5 mol·L-1,故Fe3沉淀完全。

(5)由于铜离子水解,溶液显酸性,所以用稀硫酸酸化至pH=1,可以抑制Cu2+在加热过程中水解,以获得纯净的硫酸铜晶体。

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