Question

（15分）某礦樣含有大量的CuS、少量鐵的氧化物及少量其它不溶于酸的雜質。某化學課外小組設計以下流程，取該礦樣為原料生產CuC1₂·2H₂O 晶體。
已知：常溫下，金屬離子開始沉淀和沉淀完全時的pH 見下表。

金屬離子	氫氧化物開始沉淀的pH	氫氧化物沉淀完全的pH
Fe2+	7.0	9.0
Fe3+	1.9	3.2
Cu2+	4.7	6.7

回答下列問題：

（l）步驟①的焙燒過程中需要通入氧氣。在實驗室中，可使用常見化學物質利用上圖所示裝置制取氧氣，試寫出熟悉的符合上述條件的兩個化學方程式：______________________、______________________。
（2）焙燒產生的尾氣中含有的一種氣體是形成酸雨的污染物，若將尾氣通入氨水中，能發生多個反應，寫出其中可能發生的兩個氧化還原反應的化學方程式：____________________、__________________。
（3）步驟②酸浸過程中，需要用到3 mol · L^-1的鹽酸100 mL，配制該鹽酸溶液時，除了用到燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還需要的儀器有_______________________________________。
（4）步驟④加入物質X的目的是_________________________________________，物質X 可以選用下列物質中的______________________。
（A）氫氧化鈉         （B）稀鹽酸         （C）氨水         （D）氧化銅
（5）當溶液中金屬離子濃度低于1×10^-5 mol · L^-1時，認為該金屬離子沉淀完全，則Ksp[Fe(OH)₂]=_____。

Answer 1

（1）2H₂O₂ ="==" 2H₂O + O₂ ↑，2Na₂O₂ + 2H₂O ="==" 4NaOH + O₂ ↑。
（2）2H₂SO₃+O₂=2H₂SO₄，2(NH₄)₂SO₃+O₂=2(NH₄)₂SO₄，2NH₄HSO₃+O₂=2NH₄HSO₄                                               
（3）100 mL容量瓶、量筒。
（4）調控溶液的pH，使Fe³⁺以Fe(OH)₃沉淀的形式析出，D。
（5）1×10^-15。

試題分析：（1）根據裝置圖可知是固液不加熱制氣體，所以用H₂O₂和Na₂O₂來制取O₂反應方程式為：2H₂O₂ ="==" 2H₂O + O₂ ↑，2Na₂O₂ + 2H₂O ="==" 4NaOH + O₂ ↑。（2）尾氣中含有的是SO₂，SO₂沒有強氧化性不能與NH₃反生氧化還原反應，SO₂有較強的還原性，可以被空氣中的O₂所氧化，所以可能發生的氧化還原反應為2H₂SO₃+O₂=2H₂SO₄，2(NH₄)₂SO₃+O₂=2(NH₄)₂SO₄，2NH₄HSO₃+O₂=2NH₄HSO₄（3）配制3mol · L^-1的鹽酸100 mL除了用到燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還需要的儀器有100 mL容量瓶、量筒。（4）根據氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH可知，只要調節pH值，就可以Fe³⁺以Fe(OH)₃沉淀的形式析出，達到除雜的目的。為了不引入新雜質，還能調節pH值，所以選銅的難溶物，如CuO、Cu(OH)₂、CuCO₃等。（5）Fe(OH)₂完全沉淀的pH是9.0，所以Ksp[Fe(OH)₂]=c(Fe²⁺)·c²(OH^-)=1×10^-5×(1×10^-5)²=1×10^-15。
點評：本題屬于實驗與理論的結合，難度適中，高考中的熱門題。