Question

（15分）
某学习小组利用某工业废弃固体(主要成分为Cu₂S和Fe₂O₃)来研究相关物质的制备。设计方案如图所示：

已知：K_sp[Cu(OH)₂]＝6.0×10^－20 ，K_sp[Fe(OH)₂]=1.6×10^－14 ，K_sp[Fe(OH)₃]=1.0×10^－38
（1） 废弃固体在空气中灼烧发生反应（有2种元素被氧化）的化学方程式为______。
（2） 溶液C通过_______、_________、过滤等操作得到Fe₂(SO_４)₃晶体。
（3） 常温下，铜粉、O₂和稀硫酸三者在一起生成硫酸铜反应极慢。当往其中加入溶液D后，随即生成硫酸铜。这一过程中反应的化学方程式依次为4FeSO₄ + O₂ + 2H₂SO₄＝2Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O和          。溶液D在这一过程中所起的作用是_______。
（4） 操作⑧的目的是制取较纯的硫酸铜溶液。溶液E中加入试剂Y以调节pH使得铁元素全部形成沉淀(含铁元素的离子浓度小于10^－5 mol·L^－1)。试剂Y可以是               ，溶液的pH至少调节为________。

Answer 1

（1）Cu₂S + 2O₂2CuO + SO₂                   （2）蒸发浓缩；冷却结晶    
（3）Fe₂(SO₄)₃ + Cu = CuSO₄ + 2FeSO₄；催化剂  （4）CuO（或Cu(OH)₂、CuCO₃等）；3

试题分析：（1） 在废弃固体中Fe₂O₃已经是最高价氧化物，不能再发生反应，而Cu₂S在空气中灼烧会发生反应产生SO₂和CuO。反应的化学方程式为Cu₂S + 2O₂2CuO + SO₂ 。（2）把灼烧后的固体加入到硫酸中，会发生反应得到Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄。再加入过量的Fe粉，发生反应：Fe₂(SO₄)₃+Fe=3FeSO₄；CuSO₄+Fe= Cu+FeSO₄。过滤得到的滤液中含有FeSO₄。然后加入过量的H₂O₂，发生反应得到溶液C：Fe₂(SO₄)₃。溶液C通过蒸发浓缩；冷却结晶、过滤等操作得到Fe₂(SO_４)₃晶体。（3） 常温下，铜粉、O₂和稀硫酸三者在一起生成硫酸铜反应极慢。当往其中加入溶液D后，随即生成硫酸铜。这一过程中反应的化学方程式依次为4FeSO₄ + O₂ + 2H₂SO₄＝2Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O和Fe₂(SO₄)₃+Cu = CuSO₄+2FeSO₄。可见溶液D在这一过程中参加反应，但是最后又变为原来的物质。说明溶液D所起的作用是催化剂。（4） 操作⑧的目的是制取较纯的硫酸铜溶液。溶液E中含有CuSO₄和FeSO₄。加入试剂Y以调节pH使得铁元素全部形成沉淀(含铁元素的离子浓度小于10^－5 mol·L^－1)。试剂Y可以是 CuO或Cu(OH)₂、CuCO₃，因为c(Fe³⁺)·c³(OH^-)≥1.0×10^－38; c(Fe³⁺)=10^－5 mol/L,所以c³(OH^-)≥1.0×10^－33. c(OH^-)≥1.0×10^－11 mol/L；c(H+)≤.0×10^－3 mol/L。溶液的pH至少调节为3。