Question

工業(yè)上利用某工廠的廢渣（主要含CuO 70%、MgFe₂O₄ 20%，還含有少量FeO、NiO等氧化物）制取精銅和顏料鐵紅．流程如圖所示．

回答下列問題：
（1）凈化Ⅰ操作分為兩步：
第一步是將溶液中少量的Fe²⁺氧化；
第二步是控制溶液pH，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀．
①寫出酸性條件下用H₂O₂氧化Fe²⁺反應(yīng)的離子方程式：

 

．
②25℃時，pH=3的溶液中，c（Fe³⁺）=

 

mol?L^-1（已知25℃，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38）．
③凈化Ⅰ中第二步可選用CuO實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，用化學平衡移動原理說明其原因：

 

．
（2）用凈化Ⅱ所得的金屬為電極進行電解得精銅，請寫出陰極所發(fā)生的電極反應(yīng)式：

 

．
（3）為準確測定酸浸液中Fe²⁺的物質(zhì)的量濃度以確定H₂O₂的用量，測定步驟如下：
①取出25.00mL酸浸液，配制成250.0mL溶液．
②滴定：準確量取25.00mL所配溶液于錐形瓶中，將0.2000mol/L KMnO₄溶液裝入

 

（填儀器名稱），進行滴定，記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)滴定3次，平均消耗KMnO₄溶液V mL．（反應(yīng)離子方程式：5Fe²⁺+MnO₄^-+10H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+5H₂O）
③計算酸浸液中Fe²⁺的物質(zhì)的量濃度=

 

mol/L（只列出算式，不做運算）．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）①雙氧水具有強的氧化性能夠氧化二價鐵離子；
②根據(jù)K_SP（Cu（OH）₂）計算鐵離子濃度；
③依據(jù)水解平衡移動的條件，結(jié)合工藝流程的目的選擇合適的試劑；
（2）電解精煉銅用粗銅作陽極，純銅作陰極，含銅離子溶液為電鍍液進行電解；
（3）高錳酸鉀具有強氧化性，應(yīng)放在酸式滴定管中；依據(jù)實驗過程和滴定實驗消耗的高錳酸鉀溶液體積的平均數(shù)，結(jié)合氧化還原反應(yīng)離子方程式計算亞鐵離子物質(zhì)的量，計算25ml溶液中亞鐵離子的濃度．

解答： 解：（1）①雙氧水與二價鐵離子反應(yīng)的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
②溶液的pH=3時，c（H⁺）=10^-3mol/L，c（OH^-）=

1×10-14

10-3

=10^-11mol/，c（Fe³⁺）=K_sp[Fe（OH）₃]÷C³（OH^-）=

4.0×10-38

(10-11)3

=4.0×10^-5，
故答案為：4.0×10^-5；
③三價鐵離子水解的離子方程式：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入氧化銅，不引入新的雜質(zhì)，氧化銅與氫離子反應(yīng)，消耗氫離子，促進水解平衡向正方向移動，生成氫氧化鐵沉淀，
故答案為：Fe³⁺在溶液中存在水解平衡，CuO結(jié)合Fe³⁺水解產(chǎn)生的H⁺，使溶液中H⁺濃度降低，促進Fe³⁺的水解平衡向生成Fe（OH）₃方向移動，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀；
（2）電解精煉銅用粗銅作陽極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，純銅作陰極，在陰極銅離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；
（3）高錳酸鉀具有強氧化性，應(yīng)放在酸式滴定管中；
5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
5      1
n   0.200mol/L×V×10^-3L
n=5×0.200mol/L×V×10^-3mol；
c（Fe²⁺）=

250mL

25mL

×

5×0.200mol/L×V×10-3mol

25×10-3L

；
故答案為：酸式滴定管；

250mL

25mL

×

5×0.200mol/L×V×10-3mol

25×10-3L

．

點評：本題為工藝流程題，中等難度，通過從廢渣中提取氧化鐵和金屬銅的工藝流程考查了沉淀溶解平衡的計算、水解平衡的移動、氧化還原方程式的書寫、物質(zhì)的分離等，中和滴定的計算等，清楚流程，是解題關(guān)鍵，側(cè)重學生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)．