(15分)硫酸铜在化工和农业方面有很广泛的用处,某化学兴趣小组查阅资料,用两种不同的原料制取硫酸铜。方式一:一种含铜的矿石(硅孔雀石矿粉),含铜形态为CuCO3
题型:不详难度:来源:
(15分)硫酸铜在化工和农业方面有很广泛的用处,某化学兴趣小组查阅资料,用两种不同的原料制取硫酸铜。 方式一:一种含铜的矿石(硅孔雀石矿粉),含铜形态为CuCO3·Cu(OH)2和CuSiO3·2H2O(含有SiO2、FeCO3、Fe2O3、Al2O3等杂质)。以这种矿石为原料制取硫酸铜的工艺流程如下图:
请回答下列问题: ⑴完成步骤①中稀硫酸与CuSiO3·2H2O发生反应的化学方程式 CuSiO3·2H2O+H2SO4=CuSO4 +________+H2O; ⑵步骤②调节溶液pH选用的最佳试剂是__________________ A. CuO B. MgO C. FeCO3 D NH3·H2O ⑶有关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表:
氢氧化物
| Al(OH)3
| Fe(OH)3
| Fe(OH)2
| Cu(OH)2
| 开始沉淀的pH
| 3.3
| 1.5
| 6.5
| 4.2
| 沉淀完全的pH
| 5.2
| 3.7
| 9.7
| 6.7
| 由上表可知:当溶液pH=4时,不能完全除去的离子是________。 ⑷滤液B通过蒸发浓缩(设体积浓缩为原来的一半)、冷却结晶可以得到CuSO4·5H2O晶体。某同学认为上述操作会伴有硫酸铝晶体的析出。请你结合相关数据对该同学的观点予以评价(已知常温下,Al2(SO4)3 饱和溶液中C(Al3+)=2.25mol·L-1,Ksp[Al(OH)3]=3.2×10-34) ________(填“正确”或“错误”)。 方式二:以黄铜矿精矿为原料,制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示: Ⅰ.将黄铜矿精矿(主要成分为CuFeS2,含有少量CaO、MgO、Al2O3)粉碎 Ⅱ.采用如下装置进行电化学浸出实验,将精选黄铜矿粉加入电解槽阳极区,恒速搅拌,使矿粉溶解。在阴极区通入氧气,并加入少量催化剂。
Ⅲ.一段时间后,抽取阴极区溶液,向其中加入有机萃取剂(RH)发生反应: 2RH(有机相)+ Cu2+(水相)R2Cu(有机相)+ 2H+(水相) 分离出有机相,向其中加入一定浓度的硫酸,使Cu2+得以再生。 Ⅳ.电解硫酸铜溶液制得金属铜。 (5)黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应: CuFeS2 + 4H+ = Cu2+ + Fe2+ + 2H2S 2Fe3+ + H2S = 2Fe2+ + S↓+ 2H+ 电解过程中,阳极区Fe3+的浓度基本保持不变,原因是____________________(用电极反应式表示)。 (6)步骤Ⅲ,向有机相中加入一定浓度的硫酸,Cu2+得以再生的原理是_____________ 。 (7)步骤Ⅳ,若电解0.1mol CuSO4溶液,生成铜3.2 g,此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是 ____ 。 |
答案
(15分)(1)H4SiO4(2分) (2)A (2分) (3)Al3+(2分) (4)错误(3分) (5)Fe2+- e-=Fe3+(2分) (6)增大H+浓度,使平衡2RH(有机相) + Cu2+(水相) R2Cu(有机相)+ 2H+(水相)逆向移动,Cu2+进入水相得以再生 (2分) (7) c(H+)>c(SO42-)>c(Cu2+)>c(OH-)(2分) |
解析
试题分析:(1)根据质量守恒定律,空白处的物质是H4SiO4; (2)步骤②调节溶液pH的目的是除去铁离子等杂质,所以调节pH不能引入新的杂质,所以答案选A;(3)pH=4时铁离子完全沉淀,但Al3+完全沉淀的pH=5.2,所以当溶液pH=4时,不能完全除去的离子 是 Al3+; (4))PH=4时,溶液中的氢氧根离子的浓度为:1×10-10mol/L,此时氢氧化铝已沉淀,则溶液中铝离子浓为:3.2×10-34/(1×10-10)3=3.2×10-4mol/L,浓缩后c(Al3+)=6.4×10-4mol/L<<2.25mol/L,所以不会有硫酸铝晶体析出,所以该同学的观点错误; (5)阳极发生氧化反应,黄铜矿粉与硫酸及硫酸铁反应生成的亚铁离子被氧化生成铁离子,导致阳极区的铁离子的浓度基本不变,电极反应式为Fe2+- e-=Fe3+; (6)步骤Ⅲ,向有机相中加入一定浓度的硫酸,使水相中的氢离子浓度增大,平衡逆向移动,Cu2+进入水相得以再生; (7)电解0.1mol CuSO4溶液,生成铜3.2 g,转移电子0.1mol,阳极氢氧根离子放电,生成0.025mol氧气的同时,使溶液中的氢离子增加0.1mol,则溶液中仍存在0.05mol Cu2+,SO42-的物质的量不变,仍是0.1mol,所以此时溶液中离子浓度的大小关系为c(H+)>c(SO42-)>c(Cu2+)>c(OH-)。 |
举一反三
(本题共13分)甲、乙两同学研究Na2SO3溶液与FeCl3溶液反应的情况。
步骤
| 操作
| 现象
| Ⅰ
| 向2mL 1 mol·L-1FeCl3溶液中加入一定量的Na2SO3溶液
| 溶液由棕黄色变为红褐色,并有少量刺激性气味的气体逸出
| (1)常温下,FeCl3溶液的pH_______7(填“<”、“>”或“=”)。 (2)分析红褐色产生的原因。 ① 甲同学认为步骤I中溶液呈红褐色是因为生成了Fe(OH)3,请用化学平衡移动原理解释溶液呈红褐色的原因:________。 ② 乙同学认为可能是发生了氧化还原反应,其中Fe3+ →Fe2+ ;请写出Fe3+ 跟SO32-反应的离子方程式 ______________。 乙同学查阅资料得知: 1.Fe2+与SO32-反应生成墨绿色的絮状沉淀FeSO3; 2.墨绿色的FeSO3与黄色的FeCl3溶液混合后,溶液呈红褐色。 (3)甲同学为了确认溶液呈红褐色的原因是生成了Fe(OH)3,设计并完成了如下实验:
步骤
| 操作
| 现象
| Ⅱ
| 用激光笔照射步骤I中的红褐色溶液
| 出现“丁达尔效应”
| 甲同学因此得出结论:溶液呈红褐色是因为生成了Fe(OH)3。而乙同学认为甲同学得出结论的证据仍然不足,乙同学的理由是________。 (4)为进一步确认Na2SO3溶液与FeCl3溶液反应的情况,乙同学设计并完成了如下实验:
步骤
| 操作
| 现象
| Ⅲ
| 向1 mol•L-1的FeCl3溶液中通入一定量的SO2
| 溶液由黄色变为红褐色
| Ⅳ
| 用激光笔照射步骤Ⅲ中的红褐色溶液
| 没有出现“丁达尔效应”
| ① 经检验步骤Ⅲ中红褐色溶液含有Fe2+,检验Fe2+选用的试剂是_________(填字母)。 a.K3[Fe(CN)6] 溶液 b.KSCN溶液 c.KMnO4溶液 ② 请用离子方程式和必要的文字说明步骤Ⅲ中出现红褐色的原因 。 (5)结论:由上述实验得知,甲、乙两同学所持观点均正确。 |
下列药品和装置合理且能完成相应实验的是 A B C DA.喷泉实验 | B.实验室制取并收集氨气 | C.制备氢氧化亚铁 | D.验证苯中是否含有碳碳双键 |
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(18分)铁及其他合物在工业生产中有着广泛的应用。请按要求回答下列问题: I.工业上利用硫酸铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2等)为原料提取Fe2O3,工艺流程如下图1:
(1)滤液X中所含金属阳离子有 。 (2)步骤②中理论上发生反应的离子方程式依次为 。 (3)结合图2,分析步骤③调节pH的目的是 。 (4)假设流程中矿渣中的铁元素100%转化到产品中,则硫酸铁矿烧渣样品中Fe2O3的质量分数范围为(含m、n的代数式) 。 (5)请设计实验室中以硫酸铁矿烧渣为原料提取氧化铁的另一种方案:向硫酸铁矿烧渣原料中加入过量稀硫酸、充分搅拌、过滤,再向滤液中加入足量的 溶液,接下来的一系列操作是搅拌、 、洗涤、 ,最后获得纯净的产品Fe2O3。 Ⅱ.几位同学用铁盐溶液清洗试管中银镜,实验设想如下: (6)甲:认为含Fe3+的盐无法洗去银镜。依据是Fe3+的氧化性(填“强于”或“弱于”) Ag+的氧化性,所以反应Fe3++Ag→Fe2++Ag+不可以发生。 (7)乙:查资料发现,用FeCl3溶液可以清洗银镜,于是他亲自动手实验,发现银镜迅速消失,另外还观察到溶液变为浅绿色;为验证Fe3+的还原产物,可选择的试剂为 。结合甲的分析和自己的实验现象他得出结论:反应Fe2++Ag→Fe3++Ag是(填“可逆”或“不可逆”) 反应。 (8)丙:结合甲、乙的设想,他用Fe(NO3)3溶液做对比实验,发现清洗银镜的速率慢许多,他重新观察乙的实验试管中有白色沉淀,于是结合化学平衡理论分析,得出用FeCl3溶液清洗银镜的离子方程式: 。 |
(12分)(2012•山东)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下:
(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的 吸收. a.浓H2SO4 b.稀HNO3 c.NaOH溶液 d.氨水 (2)用稀H2SO4浸泡熔渣B,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈红色,说明溶液中存在 (填离子符号),检验溶液中还存在Fe2+的方法是 (注明试剂、现象). (3)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为 . (4)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是 . a.电能全部转化为化学能 b.粗铜接电源正极,发生氧化反应 c.溶液中Cu2+向阳极移动 d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属 (5)利用反应2Cu+O2+2H2SO4═2CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极电极反应式为 . |
硫酸亚铁是一种重要的化工原料,可以制备多种物质。有关下列制备方法错误的是
A.制备碱式硫酸铁利用了过氧化氢的氧化性 | B.为防止NH4HCO3分解,生产FeCO3需在较低温度下进行 | C.可用KSCN溶液检验(NH4)2Fe(SO4)2是否被氧化 | D.制备(NH4)2Fe(SO4)2利用了它的溶解度比FeSO4的溶解度大这一性质 |
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