Question

（10分）以下是某实验小组用工业硫酸铜(含硫酸亚铁等杂质)进行提纯实验，得到纯净硫酸铜晶体的流程：（已知数据：lg2=0.3；lg5=0.7）

请回答下列问题：

（1）①步骤I的目的是除不溶性杂质。操作是                          。

②步骤Ⅱ是为了除去Fe²⁺，常加入氧化剂使Fe²⁺氧化为Fe³⁺，下列物质最适合的是________。

A．KMnO₄      B．H₂O₂        C．Cl₂水         D．HNO₃

然后再加入适当物质调整至溶液pH=4，使Fe³⁺转化为Fe(OH)₃，可以达到除去Fe³⁺而不损失CuSO₄的目的，调整溶液pH可选用下列中的________。

A．NaOH      B．NH₃·H₂O     C．CuO     D．Cu

（2）已知常温下Fe(OH)₃的溶度积K_sp=8.0×10^-38，Cu(OH)₂的溶度积K_sp=3.0×10^-20，通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10^-5 mol·L^-1时就认为沉淀完全，设溶液中CuSO₄的浓度为3.0 mol·L^-1，分别写出Cu(OH)₂开始沉淀时溶液的pH=________并写出步骤Ⅱ调节溶液pH的合理范围______。

Answer

（1）①加适量水溶解，搅拌，过滤；②B、 C （2） 4 Cu2+开始沉淀时c(OH-)=[KSP/c(Cu2+)]1/2=(3.0×10-20/3.0)1/2=10-10 mol·L－1 c(H+)=10-4 mol·L－1

pH=-lg c(H+)= 4

Fe3+完全沉淀时的c(OH-)=[KSP/c(Fe2+)]1/3=[8.0×10-38/(1.0×10-5)] 1/3=2.0×10-11 mol·L－1

c(H+)=5.0×10-4 mol·L－1 pH=-lg c(H+)=-lg(5.0×10-4) =3.3所以溶液的pH应调节在3.3到4之间

【解析】

试题分析：（1）硫酸铜中含硫酸亚铁等杂质，①步骤I的目的是除不溶性杂质，则应先溶解再过滤，则操作是加适量水溶解，搅拌，过滤；②H2O2可以将Fe2＋氧化成Fe3＋,自身还原为H2O且不会引入杂质，所以该氧化剂最适合的是B，除去Cu2＋中的Fe3＋，根据Fe3＋+3H2OFe(OH)3+3H＋,加入能与H＋反应的物质且不引入杂质，该物质可以是Cu、CuO、CuCO3 、Cu2(OH)2CO3；选C。

（2）Cu2+开始沉淀时c(OH-)=[KSP/c(Cu2+)]1/2=(3.0×10-20/3.0)1/2=10-10 mol·L－1 c(H+)=10-4 mol·L－1 pH=-lg c(H+)= 4 ；Fe3+完全沉淀时的c(OH-)=[KSP/c(Fe2+)]1/3=[8.0×10-38/(1.0×10-5)] 1/3=2.0×10-11 mol·L－1 c(H+)=5.0×10-4 mol·L－1 pH=-lg c(H+)=-lg(5.0×10-4) =3.3所以溶液的pH应调节在3.3到4之间。

考点：考查物质的分离和提纯的方法和基本操作综合应用。