Question

某工厂的电镀污泥中含有铜、铁等金属化合物。为实现资源的回收利用并有效防止环境污染，设计如下工艺流程：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Cu(OH)2
开始沉淀的pH	2.3	7.6	4.4
完全沉淀的pH	3.2	9.7	6.4

（1）酸浸后加入H₂O₂的目的是_____________。调pH步骤中加入的试剂最好是_____________（填化学式）。实验室进行过滤操作所用到的玻璃仪器有_____________。

（2）向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃，可以生成白色的CuCl沉淀，写出该反应的化学方程式_____________。

（3）CuCl产品中CuCl的质量分数大于96.50%为国家合格标准。称取所制备的CuCl样品0.2500g置于一定量的0.5mol/LFeCl₃溶液中，待样品完全溶解后，加水20mL，用0.1000mol/L的Ce(SO₄)₂溶液滴定，到达滴定终点时消耗Ce(SO₄)₂溶液24.60mL。有关的化学反应为： Fe³⁺+CuCl═Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-，Ce⁴⁺+Fe²⁺═Fe³⁺+Ce³⁺，通过计算说明该CuCl样品_______________(填“符合”或“不符合”)国家标准。

（4）25℃时，K_sp[Fe(OH]₃]=4.0×10^-38．Fe³⁺发生水解反应Fe³⁺+3H₂O Fe(OH)₃+3H⁺，该反应的平衡常数为_____________．

Answer

（1）将Fe2+氧化为Fe3+，便于调整pH值与Cu2+分离；CuO[或Cu(OH)2、CuCO3等]；漏斗、烧杯、玻璃棒；（2）2CuSO4+2NaCl+Na2SO3+H2O=2CuCl↓+2Na2SO4+H2SO4；（3）符合；（4）2.5×10-5。

【解析】

试题分析：（1）电镀污泥中含有铜、铁等金属化合物，酸浸后主要是溶解铜、铁等金属化合物，双氧水有强氧化性，能氧化具有还原性的物质，Fe2+ 具有还原性，酸浸后加入H2O2，Fe2+ 能被双氧水氧化为铁离子，便于调整pH值与Cu2+ 分离；当溶液的pH值4.4时，铜离子开始出现沉淀，当溶液的pH值为3.2时，Fe3+沉淀完全，铜离子未产生沉淀，调节溶液的pH，保证铜离子不能形成沉淀，同时Fe3+完全沉淀，因此pH的最佳调控范围是3.2～4.4；调整pH步骤中加入的试剂最好是加入某种物质除去溶液中的酸且不引进新的杂质，所以要加入CuO或Cu(OH)2 或CuCO3 ；要使三价铁离子和铜离子分离，过滤操作用到的仪器有铁架台、漏斗、烧杯、玻璃棒等；其中属于玻璃仪器有：漏斗、烧杯、玻璃棒；（2）过氧化氢性质比较稳定，若加热到153℃便猛烈的分解为水和氧气，将溶液中过量的H2 O2 除去可加热至沸避免影响下一步CuCl的生成，因为CuSO4 中+2价的铜能把Na2 SO3 中+4价的硫氧化成+6价的硫，向CuSO4 溶液中加入一定量的NaCl、Na2 SO3 时生成白色的CuCl沉淀，反应的化学方程式是2CuSO4+2NaCl+ Na2SO3+H2O=2CuCl↓+2Na2SO4+H2SO4；（3）设样品中CuCl的物质的量为x，由滴定实验及化学反应方程式可知关系式：CuCl～Fe2+ ～Ce4+ ；n(Ce4+)= 24.60×10-3 L×0.1000 mol/L=2.46×10-3 mol，所以n(CuCl) =2.46×10-3 mol，则该样品CuCl的质量为2.46×10-3 mol×99.5g/mol=0.2448g。CuCl的含量是[0.2448g÷0.2500g]×100%=97.02%>96.5%，所以该样品中CuCl的质量分数符合标准；（4）Ksp [Fe(OH)3 ]=c(Fe3+)×c3(OH-)=4.0×10-38 ，c(H+)=10−14÷c(OH−)，反应Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+的平衡常数K=c3(H+)÷c(Fe3+)═10−42÷c(Fe3+)•c3(OH−)=2.5×10-5 。

【考点定位】考查物质制备工艺流程的知识。

【名师点睛】在物质制备过程中涉及化学操作的目的、分离混合物的仪器的使用、反应条件的控制、反应条件的选择、滴定方法的应用、溶度积常数的应用。金属氧化物或相应的盐在用酸溶解时，变为可溶性的金属阳离子进入溶液，Fe2+具有还原性，若直接调整溶液的pH使之形成沉淀，由于其沉淀的pH比Cu2+还高，不能达到除杂净化的目的，而Fe3+形成Fe(OH)3需要的pH比Cu2+小，可以先通过调整pH使之形成Fe(OH)3除去，而Cu2+仍然以离子的形式存在于溶液中，加入H2O2，Fe2+ 能被双氧水氧化为铁离子，便于调整pH值与Cu2+ 分离。分类可溶性的液体与难溶性的固体混合物用过滤的方法；使用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯。用滴定方法测定物质含量时，若反应过程有多步反应，可以先写出反应方程式，然后根据反应方程式的一种物质与待求物质之间的关系式，然后利用关系式中关系计算其物质的量、质量，就可以计算出物质的含量是否合乎标准。