Question

9．利用廢鐵絲、硫酸銅廢液（含硫酸亞鐵）和被有機(jī)物污染的廢銅粉制備硫酸銅晶體．生產(chǎn)過程如下：

試回答下列問題：
（1）鐵絲在投入硫酸銅廢液前需用稀H₂SO₄進(jìn)行處理，可能發(fā)生反應(yīng)的離子方程式有Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺、Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
（2）廢銅粉與還原所得銅粉混合灼燒，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)灼燒后得到的是CuO和少量Cu的混合物．原因是：
①灼燒不充分Cu未被完全氧化．
②CuO被還原．還原劑是C或CO，該還原反應(yīng)的化學(xué)方程式是2CuO+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑或CuO+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Cu+CO₂．
（3）為了使灼燒后的氧化銅混合物充分酸溶，在加入稀H₂SO₄的同時(shí)，還通入O₂．通入O₂的目的是（用化學(xué)反應(yīng)方程式表示）2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O．
（4）直接向氧化銅混合物中加入濃硫酸并加熱進(jìn)行酸溶，也可達(dá)到充分酸溶的目的，但實(shí)際操作中較少使用，原因可能是生成等量的硫酸銅晶體所消耗的硫酸更多，且會產(chǎn)生污染大氣的氣體SO₂．

Answer 1

分析 廢鐵絲、硫酸銅廢液（含硫酸亞鐵）和被有機(jī)物污染的廢銅粉制備硫酸銅晶體的生產(chǎn)流程：將金屬鐵投入硫酸銅中，可以置換出金屬銅，金屬銅可以和氧氣在灼燒下發(fā)生反應(yīng)生成氧化銅（廢銅中含有的有機(jī)物質(zhì)含有碳元素，灼燒會產(chǎn)生碳單質(zhì)或是CO，具有還原性，可以和氧化銅在加熱下發(fā)生反應(yīng)，得到金屬銅），氧化銅可以和硫酸反應(yīng)得到硫酸銅溶液，
（1）金屬鐵表面的鐵銹可以和硫酸反應(yīng)；
（2）有機(jī)物中含有碳元素，根據(jù)有機(jī)物燃燒可以得到碳單質(zhì)或是一氧化碳具有還原性，可以和氧化銅反應(yīng)來回答；
（3）在稀硫酸作用下氧氣將銅氧化生成硫酸銅；
（4）金屬銅可以和濃硫酸在加熱的條件下發(fā)生反應(yīng)得到硫酸銅、水以及二氧化硫．

解答 解：廢鐵絲、硫酸銅廢液（含硫酸亞鐵）和被有機(jī)物污染的廢銅粉制備硫酸銅晶體的生產(chǎn)流程：將金屬鐵投入硫酸銅中，可以置換出金屬銅，金屬銅可以和氧氣在灼燒下發(fā)生反應(yīng)生成氧化銅（廢銅中含有的有機(jī)物質(zhì)含有碳元素，灼燒會產(chǎn)生碳單質(zhì)或是CO，具有還原性，可以和氧化銅在加熱下發(fā)生反應(yīng)，得到金屬銅），氧化銅可以和硫酸反應(yīng)得到硫酸銅溶液．
（1）除鐵絲在投入硫酸銅廢液前需用稀H₂SO₄進(jìn)行處理，目的是出去鐵銹，發(fā)生的反應(yīng)可能有：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，F(xiàn)e+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，故答案為：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺、Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（2）廢銅中含有的有機(jī)物質(zhì)含有碳元素，灼燒會產(chǎn)生碳單質(zhì)或是CO，具有還原性，可以和氧化銅在加熱下發(fā)生反應(yīng)，得到金屬銅，2CuO+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑或CuO+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Cu+CO₂，
故答案為：C或CO；2CuO+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑或CuO+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Cu+CO₂；
（3）在稀硫酸作用下氧氣將銅氧化生成硫酸銅，反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O，
故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O；
（4）金屬銅可以和濃硫酸在加熱的條件下發(fā)生反應(yīng)得到硫酸銅、水以及二氧化硫，①Cu+2H₂SO₄（濃硫酸）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O+SO₂↑，②2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O，生成等量的硫酸銅晶體方法①所消耗的硫酸更多，且會產(chǎn)生污染大氣的氣體SO₂，
故答案為：生成等量的硫酸銅晶體所消耗的硫酸更多，且會產(chǎn)生污染大氣的氣體SO₂．

點(diǎn)評 本題是一道物質(zhì)的分離和提純的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)題，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，難度中等．