Question

13．某化學活動小組按下圖所示流程由粗氧化銅樣品（含少量氧化亞鐵及不溶于酸的雜質）制取無水硫酸銅．

已知Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺三種離子在水溶液中形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下圖所示：

請回答下列問題：
（1）溶液A中所含溶質為CuSO₄、FeSO₄、H₂SO₄；物質X應選用②（填序號），目的是將亞鐵離子氧化成鐵離子
①氯水       ②雙氧水        ③鐵粉         ④高錳酸鉀
（2）③操作中加入的試劑還可以換為BD（填字母序號）
A．NaOH     B．CuO      C．氨水     D．Cu₂（OH）₂CO₃
（3）③操作中pH調為4的目的是使Fe³⁺沉淀完全，生成Fe（OH）₃．

Answer 1

分析 將粗氧化銅（含少量氧化亞鐵及不溶于酸的雜質）溶于過量硫酸，生成FeSO₄、CuSO₄，然后過濾，得到沉淀I為不溶于酸的雜質，溶液A中溶質為FeSO₄、CuSO₄和H₂SO₄，向溶液A中加入X調節(jié)pH過濾，得到溶液B，向溶液B中加入Cu（OH）₂調節(jié)pH過濾，得到沉淀II，除去FeSO₄、CuSO₄和H₂SO₄中的FeSO₄，根據氫氧化物沉淀需要的pH知，應該先將FeSO₄氧化為鐵鹽，為不引進新的雜質，氧化劑X應該為Cl₂或H₂O₂，然后向溶液中加入Cu（OH）₂調節(jié)溶液的pH，所以沉淀II為Fe（OH）₃，然后將溶液C蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到CuSO₄•5H₂O，最后在HCl氛圍中加熱CuSO₄•5H₂O得到CuSO₄．
（1）根據物質的性質和藥品的用量來分析溶液A中所含溶質；獲得純凈的硫酸銅晶體，選用除去鐵離子和亞鐵離子，由于亞鐵離子不易完全除去，應該使用氧化劑將亞鐵離子氧化成鐵離子，并且選用的氧化劑不能引進雜質離子、不能污染空氣，據此進行解答；
（2）加入堿式碳酸銅或氧化銅后，不引入新的雜質，并可降低溶液中H⁺濃度，控制溶液的pH在3.7～5.2之間，使Fe³⁺水解轉化為Fe（OH）₃，而Cu²⁺不水解；
（3）根據Fe（OH）₃的沉淀PH可知，通過調節(jié)pH可以使Fe³⁺沉淀完全但不能引入新的雜質．

解答 解：（1）氧化銅和氧化亞鐵分別與硫酸反應生成硫酸銅和硫酸亞鐵，又硫酸過量，則溶質A的主要成分為：FeSO₄、CuSO₄、H₂SO₄，
根據實驗流程可知，測量氧化銅含量，需要獲得純凈的硫酸銅晶體，應該先除去亞雜質鐵離子、鐵離子，由于亞鐵離子完全沉淀的pH=9.6，此時銅離子也完全沉淀，而鐵離子完全沉淀的pH=3.7，此時銅離子沒有生成沉淀，所以應該加入X將亞鐵離子氧化成鐵離子，并且選用的氧化劑不能引進雜質離子，不能產生污染大氣的氣體，所以應該選用②（雙氧水），2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，符合要求，鐵粉具有還原性，氯水、高錳酸鉀具有氧化性，但引入新的雜質，
故答案為：CuSO₄、FeSO₄、H₂SO₄；②；將亞鐵離子氧化成鐵離子；
（2）因為入堿式碳酸銅或氧化銅后，不引入新的雜質，并可降低溶液中H⁺濃度，控制溶液的pH在3.7～5.2之間，使Fe³⁺水解轉化為Fe（OH）₃，而Cu²⁺不水解，
故答案為：BD；
（3）制取無水硫酸銅，應該先除去亞雜質鐵離子、鐵離子，通過氧化劑氧化亞鐵離子，F(xiàn)e（OH）₃的沉淀PH3.7，通過調節(jié)pH=4，可以使Fe³⁺沉淀完全但不能引入新的雜質，
故答案為：使Fe³⁺沉淀完全，生成Fe（OH）₃．

點評 本題考查了無水硫酸銅的制備，涉及物質制備實驗設計、物質分離的實驗基本操作，注意理解和掌握物質性質和實驗原理是解題關鍵，題目難度中等．