Question

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、K_sp（25℃）如下表：

物质	Fe(OH)3	Fe (OH)2	Cu(OH)2
开始沉淀时pH	2.7	7.6	4.7
完全沉淀时pH	3.7	9.6	6.7
Ksp	4.0×10^–38	8.0×10^–^16	2.2×10^–^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                   。

Answer

（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）

【解析】

试题分析：（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。

考点：考查硫酸铜晶体制备、氧化还原反应、亚铁离子检验、盐类水解以及溶度积常数的有关计算