Question

8．某同學欲利用10kg某礦石（成分為40%Fe₂O₃、48%CuS、5%SiO₂、7%Al₂O₃） 為原料制取綠礬和膽礬，設計了如下流程：

已知：CuS不溶于非氧化性酸．
（1）固體1中成分為CuS、SiO₂（填化學式）；溶解礦石選用足量硫酸，試劑X最好選用Fe（填化學式）．
（2）加NaOH溶液時要控制好pH，若堿性太強，會導致產品中混有較多可溶性雜質，請用離子方程式解釋Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O
（3）由“溶液2”獲得FeSO₄•7H₂O的操作是：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；該操作過程中使用的可以直接加熱的硅酸鹽儀器名稱是蒸發(fā)皿．
（4）FeSO₄•7H₂O在高溫下分解，生成四種氧化物，其中之一為紅棕色固體，另外還有兩種含硫的氧化物，請寫出該分解反應的化學方程式2FeSO₄•7H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃+14H₂O．
（5）已知“固體3”中含有淡黃色固體，根據流程，寫出“過程1”發(fā)生的化學反應離子方程式CuS+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+S↓+2H₂O
（6）某同學在實驗完成之后，得到10kg CuSO₄•5H₂O，則銅元素的回收率為80%．

Answer 1

分析 礦石（成分為40%Fe₂O₃、48%CuS、5%SiO₂、7%Al₂O₃） 為原料制取綠礬和膽礬流程：礦石加入足量稀硫酸，發(fā)生的反應有Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O，CuS不溶于非氧化性酸，SiO₂不溶于稀硫酸，固體1為CuS、SiO₂，濾液溶液1中含有Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃；在濾液1中加入X，然后加入NaOH溶液并調節(jié)溶液的pH，得到沉淀Al（OH）₃ 和溶液2，從溶液2中能得到FeSO₄•7H₂O晶體，說明溶液2中溶質為FeSO₄，則X具有還原性，能將Fe³⁺氧化為Fe²⁺，且不能引進新的雜質，則X為Fe，加入試劑X發(fā)生的離子反應有2 Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，將溶液2蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到FeSO₄•7H₂O晶體，固體1為CuS、SiO₂，加1mol/L的H₂SO₄he和6%H₂O₂，SiO₂不溶于稀硫酸，然后過濾，得到的固體3成分為SiO₂，將溶液3蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到CuSO₄•5H₂O晶體．
（1）CuS不溶于非氧化性酸，SiO₂不溶于稀硫酸，固體1為CuS、SiO₂，X具有還原性，能將Fe³⁺氧化為Fe²⁺，且不能引進新的雜質，則X為Fe；
（2）在濾液中加入鐵粉將鐵離子還原為亞鐵離子，調節(jié)pH值使鋁離子完全生成氫氧化鋁沉淀，若堿性太強，會導致產品中混有較多可溶性雜質偏鋁酸鈉；
（3）將溶液2蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到FeSO₄•7H₂O晶體，可以直接加熱的硅酸鹽儀器為蒸發(fā)皿；
（4）硫酸亞鐵結晶水合物晶體受熱分解生成氧化鐵、二氧化硫、三氧化硫和水，結合原子守恒配平書寫化學方程式；
（5）“固體3”中含有淡黃色固體為S，CuS被氧化成硫，結合原子守恒配平書寫離子方程式；
（6）根據硫元素守恒計算出理論產量，根據回收率=$\frac{實際產量}{理論產量}$×100%計算．

解答 解：（1）礦石（成分為40%Fe₂O₃、48%CuS、5%SiO₂、7%Al₂O₃） 為原料制取綠礬和膽礬流程：礦石加入足量稀硫酸，發(fā)生的反應有Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O，CuS不溶于非氧化性酸，SiO₂不溶于稀硫酸，固體1為CuS、SiO₂，濾液溶液1中含有Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃；在濾液1中加入X，然后加入NaOH溶液并調節(jié)溶液的pH，得到沉淀Al（OH）₃ 和溶液2，從溶液2中能得到FeSO₄•7H₂O晶體，說明溶液2中溶質為FeSO₄，則X具有還原性，能將Fe³⁺氧化為Fe²⁺，且不能引進新的雜質，則X為Fe，
故答案為：CuS、SiO₂；Fe；
（2）氫氧化鋁為兩性氫氧化物，在濾液1中加入鐵，然后加入NaOH溶液并調節(jié)溶液的pH，得到沉淀Al（OH）₃ 和溶液2，若堿性太強，會導致氫氧化鋁溶解，氫氧化鋁和氫氧化鈉溶液的反應生成偏鋁酸鈉和水，離子方程式：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（3）從溶液中獲取晶體的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，該操作需蒸發(fā)皿、酒精燈、玻璃棒等儀器，可以直接加熱的硅酸鹽儀器為蒸發(fā)皿，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；蒸發(fā)皿；
（4）FeSO₄•7H₂O在高溫下分解，生成四種氧化物，其中之一為紅棕色固體為Fe₂O₃，另外還有兩種含硫的氧化物為SO₂、SO₃，反應物為硫酸亞鐵結晶水合物晶體受熱分解生成氧化鐵、二氧化硫、三氧化硫和水，結合原子守恒配平書寫化學方程式為：2FeSO₄•7H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃+14H₂O，
故答案為：2FeSO₄•7H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃+14H₂O；
（5）“固體3”中含有淡黃色固體為S，CuS被氧化成硫，反應的離子方程式為：CuS+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+S↓+2H₂O，
故答案為：CuS+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+S↓+2H₂O；
（6）10kg某礦石成分含48%CuS，CuS的物質的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{10×1{0}^{3}g×48%}{96g/mol}$=50mol，理論得到m（CuSO₄•5H₂O）=nM=50mol×250g/mol=12500g，在實驗完成之后，得到10kg CuSO₄•5H₂O，則銅元素的回收率=$\frac{實際產量}{理論產量}$×100%=$\frac{10kg}{12.5kg}$×100%=80%，
故答案為：80%．

點評 本題考查物質分離和提純，為高頻考點，側重考查制備實驗方案的設計與評價、工藝流程的分析應用、分析推斷及基本操作能力，明確物質性質及流程圖中可能發(fā)生的反應、基本操作方法是解本題關鍵，注意把握常見物質的分離方法，題目難度中等．