Question

孔雀石主要含Cu₂ (OH)₂CO₃，还含少量Fe、Si的化合物。某工厂以孔雀石为主要原料制备CuSO₄·5 H₂O及纳米材料G，主要步骤如下：

已知该条件下，通过调节溶液的酸碱性而使Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺生成沉淀的pH分别如下：

物质	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Fe(OH)3	2.2	3.2
Fe(OH)2	7.6	9.6
Cu(OH)2	4.7	6.4

请回答下列问题：

（1）写出孔雀石主要成分Cu₂(OH)₂CO₃与稀硫酸反应的化学方程式　　　　　  　　　　　　　。

（2）溶液A的金属离子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺。要检验其中的Fe²⁺应选择下列试剂中的           。

a．KMnO₄      b．NaOH      c．H₂O₂      d．KSCN

（3）溶液A中的金属离子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺。试剂①是一种氧化剂，把Fe²⁺氧化成Fe³⁺的目的是                                   。该工厂选用试剂①最好为下列中的       （填代号）。

a．H₂O₂      b．空气       c．Cl₂      d．KSCN

（4）根据下图有关数据，你认为工业上氧化操作时应采取的措施是                           。

（5）向溶液B中加入试剂②的化学式为            ，操作I的名称是            。

（6）气体E和气体F应该先通人CaCl₂溶液中的是           （填化学式）。写出制备G和H的化学反应方程式                                                                      。

（7）欲测定溶液A中Fe²⁺的浓度，可用KMnO₄标准溶液滴定，反应中MnO₄^－还原为Mn²⁺，则该反应的离子方程式为         　　　　　　　　　　　　　　　　    。取A溶液20.00 mL，用去0.0240mol／LKMnO₄溶液16.00 mL时，恰好达到滴定终点，则A溶液中Fe²⁺浓度为      。

Answer

（1）Cu2(OH)2CO3+2H2SO4＝2CuSO4+3H2O+CO2↑（2分）

（2）a（1分）

（3）调节溶液的PH时，Fe3+在Cu2+开始沉淀之前就能沉淀完全，从而把铁杂质除去（1分）

a（1分）

（4）溶液温度控制在80℃，PH控制在1.5，氧化时间为4小时左右（1分）

（5）CuO（1分）      过滤（1分）

（6）NH3（1分）      2NH3+CO2+CaCl2+H2O==CaCO3↓+2NH4Cl（2分）

（7）MnO4－ + 5Fe2+ + 8H+=== Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O（2分）      0.0960mol/L（2分）

【解析】（1）Cu2(OH)2CO3属于碱式盐，和稀硫酸反应生成硫酸铜、CO2和水，反应式为Cu2(OH)2CO3+2H2SO4＝2CuSO4+3H2O+CO2↑。

（2）亚铁离子具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，所以可选择a。

（3）要制备硫酸铜，则必须出去铁离子和亚铁离子。根据表中数据可知要通过沉淀法直接出去亚铁离子，则铜离子也将被同时除去，所以应该把亚铁离子氧化生成铁离子，然后再通过沉淀法出铁离子。因为当氢氧化铁完全沉淀后，铜离子还留在溶液中。所选择的氧化剂不能再引入新的杂质，所以应该选择绿色氧化剂双氧水。

（4）根据图像可知，在80℃pH等于1.5时转化率最高，所以应该控制的条件就是溶液温度控制在80℃，PH控制在1.5，氧化时间为4小时左右。

（5）要得到氢氧化铁沉淀，就有增大溶液的pH，同时还不能引入杂质，所以可选择氧化铜。要分离固液混合物，需要过滤。

（6）E是CO2，CO2和氯化钙是不反应的，要得到碳酸钙沉淀，就降低溶液的酸性，因此首先通入氨气，使溶液显碱性，然后在通入CO2即可生成碳酸钙和氯化铵。反应式为2NH3+CO2+CaCl2+H2O==CaCO3↓+2NH4Cl。

（7）参加反应的高锰酸钾是0.0240mol／L×0.016L＝0.000384mol，高锰酸钾氧化亚铁离子的方程式为MnO4－ + 5Fe2+ + 8H+=== Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O，所以消耗的亚铁离子为0.000384mol×5＝0.00192mol，所以浓度为。