Question

12．氧化銅有多種用途，如用作玻璃著色劑、油類脫硫劑等．為獲得純凈的氧化銅，某同學(xué)用工業(yè)硫酸銅（含硫酸亞鐵等雜質(zhì)）進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

經(jīng)查閱資料得知，在溶液中通過調(diào)節(jié)溶液的酸堿性而使Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺分別生成沉淀的pH如下：

物質(zhì)	Cu（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
開始沉淀pH	6.0	7.5	1.4
沉淀完全pH	13	14	3.7

（1）步驟Ⅰ的目的是除不溶性雜質(zhì)．所需操作的名稱是溶解、過濾．
（2）步驟Ⅱ的目的是除硫酸亞鐵．操作步驟是先滴加H₂O₂溶液，稍加熱，當(dāng)Fe²⁺轉(zhuǎn)化完全后，慢慢加入Cu₂（OH）₂CO₃粉末，攪拌，以調(diào)整溶液pH在一定范圍之內(nèi)，加熱煮沸一段時(shí)間，過濾，用稀硫酸酸化濾液至pH=1．
①寫出用H₂O₂溶液除去硫酸亞鐵的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
②調(diào)整pH 的范圍應(yīng)該在3.7～6.0之間．
（3）步驟Ⅲ的目的是得到CuSO₄•5H₂O晶體．操作是將溶液加熱蒸發(fā)至有晶膜出現(xiàn)時(shí)，停止加熱，冷卻結(jié)晶，水浴加熱烘干．采用水浴加熱的原因是防止CuSO₄•5H₂O晶體分解．
（4）該同學(xué)用CuSO₄溶液進(jìn)行如下探究實(shí)驗(yàn)：取A、B兩支試管，分別加入 2mL  5%H₂O₂溶液，再向H₂O₂溶液中分別滴入0.1mol•L^-1FeCl₃和CuSO₄ 溶液各1mL，搖勻，觀察到滴入FeCl₃溶液的試管產(chǎn)生氣泡更快，由此得到結(jié)論：Fe³⁺對(duì)H₂O₂溶液分解的催化效率比Cu²⁺高，該同學(xué)的結(jié)論是否正確錯(cuò)誤（填正確或錯(cuò)誤），請(qǐng)說明原因根據(jù)控制變量的思想，所用溶液的陰離子不同，無法比較陽離子的催化效率．
（5）16克硫酸銅固體投入水中形成1升溶液，則該溶液顯酸性（填“酸性”或“堿性”或“中性”），溶液中所有陽離子總數(shù)大于0.1N_A（填“等于”或“大于”或“小于”），若在上述新配制溶液加入稀硫酸再加入鐵片產(chǎn)生氫氣速率會(huì)明顯加快，原因是形成原電池；室溫下、若在上述新配制溶液中加入氫氧化鈉稀溶液充分?jǐn)嚢栌袦\藍(lán)色氫氧化銅沉淀生成，當(dāng)溶液的pH=8時(shí)c（Cu²⁺）=2.2×10^-8mol•L^-1（K_ap[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20）．

Answer 1

分析 （1）除去不溶性雜質(zhì)的操作是過濾；
（2）H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（3）將CuSO₄溶液加熱蒸發(fā)至有晶體析應(yīng)進(jìn)行冷卻結(jié)晶，注意溫度不能過高，防止晶體分解；
（4）要排除陰離子的干擾；
（5）硫酸銅是強(qiáng)酸弱堿鹽，銅離子水解，溶液呈酸性，根據(jù)水解方程式可判斷離子總數(shù)，鐵、銅、稀硫酸可以構(gòu)成原電池，根據(jù)K_ap[Cu（OH）₂]=c²（OH^-）•c（Cu²⁺），可計(jì)算銅離子的濃度．

解答 解：（1）除去混合物中不溶性的雜質(zhì)，可以先溶解、在過濾，在溶解的過程中必須用玻璃棒攪拌，故答案為：溶解、過濾；
（2）①加H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②加H₂O₂已將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺只能存在于酸性溶液中，當(dāng)溶液的pH大于1.4時(shí)，F(xiàn)e³⁺開始水解生成沉淀，當(dāng)溶液的pH等于3.7時(shí)，F(xiàn)e³⁺已完全水解為沉淀，為防止生成Cu（OH），pH應(yīng)小于6.0，故答案為：3.7～6.0；
（3）將CuSO₄溶液加熱蒸發(fā)至有晶體析出現(xiàn)時(shí)，即飽和狀態(tài)，停止加熱，冷卻結(jié)晶，然后用水浴加熱烘干就可得到CuSO₄•5H₂O晶體，注意溫度不能過高，防止晶體分解，故答案為：冷卻結(jié)晶；防止CuSO₄•5H₂O晶體分解；
（4）加入FeCl₃和CuSO₄溶液，二者陰離子不同，不能排除陰離子的干擾，
故答案為：錯(cuò)誤；根據(jù)控制變量的思想，所用溶液的陰離子不同，無法比較陽離子的催化效率；
（5）硫酸銅是強(qiáng)酸弱堿鹽，銅離子水解，溶液呈酸性，其水解方程式為Cu²⁺+H₂O=2H⁺+Cu（OH）₂，16克硫酸銅溶液中含有銅離子0.1mol，所以水解后溶液中陽離子總數(shù)大于0.1N_A，硫酸銅溶液加入稀硫酸再加入鐵片，鐵能置換出銅，附著在鐵片上，鐵、銅、稀硫酸可以構(gòu)成原電池，所以產(chǎn)生氫氣速率會(huì)明顯加快，根據(jù)K_ap[Cu（OH）₂]=c²（OH^-）•c（Cu²⁺），可知pH=8即c（OH^-）=10^-6時(shí)c（Cu²⁺）=$\frac{2.2×1{0}^{-20}}{（{1{0}^{-6}）}^{2}}$mol•L^-1=2.2×10^-8mol•L^-1，
故答案為：酸；大于；形成原電池；2.2×10^-8 ．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道實(shí)驗(yàn)探究題，能較好的考查學(xué)生分析和解決問題的能力，考查了常見物質(zhì)分離的方法、原電池原理、沉淀溶解平衡的計(jì)算等，解答時(shí)要依據(jù)題干提供信息，結(jié)合相關(guān)知識(shí)細(xì)心分析解答．