Question

4．某工廠的電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物．為實(shí)現(xiàn)資源的回收利用并有效防止環(huán)境污染，設(shè)計(jì)如下工藝流程：

（1）酸浸后加入H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，便于調(diào)整pH值與Cu²⁺分離．調(diào)pH步驟中加入的試劑最好是CuO、或Cu（OH）₂、或CuCO₃（填化學(xué)式）．實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過濾操作所用到的玻璃儀器有漏斗、燒杯、玻璃棒．
（2）向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃，可以生成白色的CuCl沉淀，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2CuSO₄+2NaCl+Na₂SO₃+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄．
（3）CuCl產(chǎn)品中CuCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于96.50%為國家合格標(biāo)準(zhǔn)．稱取所制備的CuCl樣品0.250 0g置于一定量的0.5mol•L^-1 FeCl₃溶液中，待樣品完全溶解后，加水20mL，用0.100 0mol•L^-1的Ce（SO₄）₂溶液滴定，到達(dá)終點(diǎn)時(shí)消耗Ce（SO₄）₂溶液24.60mL．有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)為Fe³⁺+CuCl═Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-，Ce⁴⁺+Fe²⁺═Fe³⁺+Ce³⁺．通過計(jì)算說明該CuCl樣品符合（填“符合”或“不符合”）國家標(biāo)準(zhǔn)．
（4）25℃時(shí)，K_sp=4.0×10^-38．Fe³⁺發(fā)生水解反應(yīng)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為2.5×10^-5．

Answer 1

分析 工藝流程：電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物．用酸浸取，再用雙氧水氧化，可得硫酸銅和硫酸鐵的混合溶液，調(diào)節(jié)PH值，使鐵離子產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀，過濾得氫氧化鐵固體，再將氫氧化鐵固體加熱分解得氧化鐵，過濾得濾液中含有硫酸銅，向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃，將銅離子還原成亞銅離子，生成白色的CuCl沉淀，
（1）根據(jù)雙氧水的性質(zhì)分析，雙氧水有氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)；根據(jù)過濾操作的原理、使用的儀器進(jìn)行分析解答即可；
（2）CuSO₄中+2價(jià)的銅具有氧化性能氧化Na₂SO₃中+4價(jià)的硫；
（3）根據(jù)關(guān)系式計(jì)算n（CuCl），進(jìn)而計(jì)算樣品中m（CuCl），計(jì)算0.2500g合格的CuCl中含有CuCl的質(zhì)量，進(jìn)行比較判斷；
（4）依據(jù)平衡常數(shù)的概念結(jié)合反應(yīng)寫出計(jì)算式計(jì)算平衡濃度解答．

解答 解：（1）電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物，酸浸后主要是溶解銅、鐵等金屬化合物，雙氧水有強(qiáng)氧化性，能氧化還原性的物質(zhì)，F(xiàn)e²⁺具有還原性，酸浸后加入H₂O₂，F(xiàn)e²⁺能被雙氧水氧化為高價(jià)離子，便于調(diào)整pH值與Cu²⁺分離，調(diào)pH步驟中加入的試劑最好是加入某種物質(zhì)除去溶液中的酸且不引進(jìn)新的雜質(zhì)，所以要加入氧化銅、或氫氧化銅、碳酸銅，當(dāng)溶液的pH值4.4時(shí)，銅離子開始出現(xiàn)沉淀，當(dāng)溶液的pH值為3.2時(shí)，三價(jià)鐵離子沉淀完全，銅離子未產(chǎn)生沉淀，所以要使三價(jià)鐵離子和銅離子分離，過濾操作用到的儀器有鐵架臺(tái)、漏斗、燒杯、玻璃棒等；其中屬于玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，便于調(diào)整pH值與Cu²⁺分離；CuO、或Cu（OH）₂、或CuCO₃；漏斗、燒杯、玻璃棒；
（2）CuSO₄中+2價(jià)的銅能把Na₂SO₃中+4價(jià)的硫氧化成+6價(jià)的硫，向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃時(shí)生成白色的CuCl沉淀，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CuSO₄+2NaCl+Na₂SO₃+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄，
故答案為：2CuSO₄+2NaCl+Na₂SO₃+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄；
（3）設(shè)樣品中CuCl的質(zhì)量為x，有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)為：Fe³⁺+CuCl=Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-，Ce⁴⁺+Fe²⁺=Fe³⁺+Ce³⁺，則：
由化學(xué)反應(yīng)方程式可知：CuCl～～～Fe²⁺～～～Ce⁴⁺ 
                       1                  1
                   n（CuCl）        24.60×10^-3L×0.1000 mol/L
所以 n（CuCl）=24.60×10^-3L×0.1000 mol/L=2.46×10^-3mol．
所以該樣品CuCl的質(zhì)量為2.46×10^-3mol×99.5g/mol=0.2448g．
0.2500g合格的CuCl中含有CuCl的質(zhì)量0.2500g×96.5%=0.2413g，小于0.2448g，所以該樣品中CuCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)符合標(biāo)準(zhǔn)，
故答案為：符合；
（4）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{c（O{H}^{-}）}$，反應(yīng)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$═$\frac{1{0}^{-42}}{c（F{e}^{3+}）{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=2.5×10^-5，
故答案為：2.5×10^-5．

點(diǎn)評 本題是一道實(shí)驗(yàn)探究題，能較好的考查學(xué)生分析和解決問題的能力，考查了常見物質(zhì)分離的方法，滴定計(jì)算等，注意實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)原理和步驟利用關(guān)系式計(jì)算，依據(jù)已有的知識結(jié)合物質(zhì)間反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行物質(zhì)成分的推斷，是解答的關(guān)鍵，平時(shí)注意打好扎實(shí)的基礎(chǔ)知識和靈活應(yīng)用知識解決問題的能力培養(yǎng)，題目難度中等．