Question

某同學用工業硫酸銅（含硫酸亞鐵等雜質）制備純凈的CuSO₄·5H₂O。工藝流程如下
（部分操作和條件略）：
I．取工業硫酸銅固體，用稀硫酸溶解，過濾。
II．向濾液中滴加H₂O₂溶液，稍加熱。
III．向II的溶液中加入CuO粉末至pH＝4。
IV．加熱煮沸，過濾，濾液用稀硫酸酸化至pH＝1。
V．蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，得晶體。
已知部分陽離子生成氫氧化物的pH、K_sp（25℃）如下表：

物質	Fe(OH)3	Fe (OH)2	Cu(OH)2
開始沉淀時pH	2.7	7.6	4.7
完全沉淀時pH	3.7	9.6	6.7
Ksp	4.0×10–38	8.0×10–16	2.2×10–20

 
（1）II中發生反應的離子方程式是                                               。
（2）II中將Fe²⁺氧化為Fe³⁺的目的是                                             。
（3）用K₃[Fe(CN)₆]（鐵氰化鉀）驗證II中Fe²⁺是否轉化完全的現象是                。
（4）III中發生反應的離子方程式是                                              。
通過計算說明在此條件下的溶液中Fe³⁺是否沉淀完全________________________(提示：當溶液中某離子濃度小于1.0×10^–5 mol/L時可認為該離子沉淀完全)。
（5）應用化學平衡移動原理解釋IV中“濾液用稀硫酸酸化”的原因                  。

Answer 1

（1）2Fe²⁺ +H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O   （2分） （2）在調節pH＝4時，只將Fe³⁺轉化為沉淀除去，而不會使Cu²⁺轉化為沉淀。（表述合理即可得分）      （2分）
（3）若有藍色沉淀生成，說明Fe²⁺沒有完全轉化；若沒有藍色沉淀生成，說明Fe²⁺已經完全轉化。（只答出其中一種情況，表述正確得滿分。）    （1分）
（4）Fe³⁺+3H₂OFe(OH)₃+3H⁺  CuO+2H⁺＝Cu²⁺+ H₂O （或只書寫第二個反應也可得分）
或2Fe³⁺+3CuO+3H₂O＝2Fe(OH)₃+3Cu²⁺       （2分）
c(Fe³⁺)＝＝4.0×10^–8 mol·L^–1＜1.0×10^–5 mol·L^–1，故Fe³⁺沉淀完全  （2分）
（5）用稀硫酸酸化至pH＝1，可以抑制Cu²⁺在加熱過程中水解，以獲得純凈的硫酸銅晶體。（表述合理即可得分）    （1分）

試題分析：（1）由于溶液中含有亞鐵離子，需要將其氧化為鐵離子除去。雙氧水具有氧化性，因此向濾液中滴加H₂O₂溶液，稍加熱的目的是除去亞鐵離子，反應的離子方程式為2Fe²⁺ +H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O。
（2）由于亞鐵離子沉淀時的pH值大于銅離子沉淀時的pH值，而鐵離子完全沉淀時的pH值是3.7，所以II中將Fe²⁺氧化為Fe³⁺的目的是在調節pH＝4時，只將Fe³⁺轉化為沉淀除去，而不會使Cu²⁺轉化為沉淀。
（3）由于鐵氰化鉀與亞鐵離子結合產生藍色沉淀，據此可以檢驗亞鐵離子。即若有藍色沉淀生成，說明Fe²⁺沒有完全轉化；若沒有藍色沉淀生成，說明Fe²⁺已經完全轉化。
（4）氧化銅能消耗氫離子，降低溶液的酸性，從而產生氫氧化鐵沉淀，因此反應的離子方程式為Fe³⁺+3H₂OFe(OH)₃+3H⁺  CuO+2H⁺＝Cu²⁺+ H₂O；氫氧化鐵的溶度積常數是4.0×10^–38，則當溶液中OH^－等于10^－10mol/L時，則此時溶液中c(Fe^3＋)＝＝4.0×10^－8 mol·L^－1＜1×10^－5 mol·L^－1，故Fe^3＋沉淀完全。
（5）由于銅離子水解，溶液顯酸性，所以用稀硫酸酸化至pH＝1，可以抑制Cu²⁺在加熱過程中水解，以獲得純凈的硫酸銅晶體。