Question

【題目】以某含銅礦石[主要成分為FeCu4SiO5（OH）4，含少量SiO2、CuCO3]為原料，制備CuSO4·5H2O的流程如下：

已知：

ⅰ．溶液中離子濃度小于等于1.0×10－5mol·L－1時，認為該離子沉淀完全。

ⅱ．相關試劑成分和價格如表1所示。

ⅲ．25℃時，該流程中金屬離子生成氫氧化物時，開始沉淀和沉淀完全的pH如表2所示。

表1

試劑	成分	價格／（元·噸－1）
漂白液	含25.2％NaClO	450
雙氧水	含30％H2O2	2400
濃硝酸	含98％HNO3	1500

表2

氫氧化物	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe（OH）2	7.6	9.6
Fe（OH）3	2.7	3.7
Cu（OH）2	4.0	6.5

請回答：

（1）FeCu4SiO5（OH）4用氧化物的形式可表示為________。

（2）結合題中信息，所選用的試劑1的名稱為________；加入該試劑時，所發生反應的離子方程式為________。

（3）加入試劑2，需調節溶液的pH的合理范圍為________。試劑2可以選擇下列物質中的________（填字母）。

A．Cu B．CuO

C．Cu（OH）2 D．Fe

（4）25℃時，Cu（OH）2的溶度積常數Ksp[Cu（OH）2]＝________。

（5）CuSO4·5H2O溶液可用于電解精煉銅。電解精煉銅時，導線中通過9.632×104C的電量時，理論上陰極質量增加________g。（已知：1個電子的電量為1.6×10－19C）

Answer 1

【答案】 FeO·4CuO·SiO2·2H2O 漂白液 ClO－＋2Fe2＋＋2H＋＝Cl－＋2Fe3＋＋H2O 3.7≤pH＜4.0 BC 1.0×10－20 32

【解析】試題分析：（1）FeCu4SiO5（OH）4用氧化物的形式表示時，先寫活潑金屬氧化物，再寫不活潑金屬氧化物，最后寫非金屬氧化物和水；（2）Cu2(OH)2CO3以及Fe、Si的化合物與稀硫酸反應生成硫酸銅、硫酸亞鐵、硫酸鐵。二氧化硅與稀硫酸不反應，所以濾液1中除含有Cu2+外，還含有的金屬離子有Fe2+、Fe3+，為使溶液中鐵元素沉淀析出，需要加氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+，根據經濟性、環境保護原則，選擇漂白液做氧化劑；根據氧化還原反應規律配平方程式；（3）要讓Fe3+完全沉淀，Cu2+不沉淀，根據金屬離子生成氫氧化物時，開始沉淀和沉淀完全的pH表選擇合適PH；選擇試劑2，要依據不引入新雜質的原則；（4）根據銅離子濃度為1.0×10－5mol·L－1，溶液PH為6.5，計算25℃時，Cu（OH）2的溶度積常數Ksp[Cu（OH）2]；（5）先根據電量計算電子的物質的量，再根據陰極反應計算生成銅的質量。

解析：根據元素分析，（1）FeCu4SiO5（OH）4用氧化物的形式可表示為FeO·4CuO·SiO2·2H2O；（2）加入試劑1的目的是把Fe2+氧化為Fe3+，根據經濟性、環境保護原則，選擇漂液做氧化劑；反應離子方程式為ClO－＋2Fe2＋＋2H＋＝Cl－＋2Fe3＋＋H2O；（3）要讓Fe3+完全沉淀， PH 3.7，Cu2+不沉淀，PH<4.0，所以PH的合理范圍為3.7≤pH＜4.0；不引入新雜質，試劑2為CuO、Cu（OH）2；（4）Ksp[Cu（OH）2]= c(Cu2+)×c2（OH）2=1.0×10－5mol·L－1×(1.0×10－7.5 mol·L－1)2= 1.0×10－20；（5）電路中轉移電子的物質的量為 1mol，根據，生成銅的物質的量為0.5 mol，質量為32 g，理論上陰極質量增加32 g。