Question

（15分）工業中利用廢銅（含有鋅、鋁等）制取硫酸銅，將適量硝酸分多次加入到銅粉與稀硫酸的混合物中加熱，使之反應完全，通過蒸發、結晶得到硫酸銅晶體。

下表列出了幾種離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L^—1計算）。

	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH	沉淀溶解的pH
Cu2+	4.4	6.4
Al3+	3.0	5.0	10
Zn2+	5.9	8.9	11

（1）①為了節約原料，硫酸和硝酸的物質的量之比最佳為    ；該反應中產生尾氣污染空氣，請選擇下圖中合適的裝置吸收尾氣   。 

②由表可知Zn(OH)₂能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH)₄]^2—，請寫出金屬鋅與氫氧化鈉溶液反應的離子方程式    
（2）為了符合綠色化學的要求，某研究性學習小組進行如下設計：
第一組：空氣為氧化劑法
將空氣或氧氣直接通入到銅粉與稀硫酸的混合物中，發現在常溫下幾乎不反應。向反應液中加少量FeSO₄，即發生反應，生成硫酸銅。反應完全后，加入物質甲調節pH，鐵元素全部沉淀(一般認為鐵離子的濃度下降到10^-5 mol·L^-1，就認為沉淀完全。已知：K_sp[Fe((OH)₃]≈10^-38，然后過濾、濃縮、結晶。
請回答下列問題：
①方案為了使鐵離子全部沉淀，應調節pH至少為    。
②方案中甲物質可選用的是     
A．CaO　   B．NaOH　    C．CuCO₃　     D．Cu₂(OH) ₂CO₃    E．Fe₂(SO₄) ₃
③方案中加入少量FeSO₄可加速銅的氧化，用離子方程式解釋其原因    。
第二組：過氧化氫為氧化劑法
將銅粉放到 1.5 mol·L^-1的足量稀硫酸中，控溫在50℃加入10%的足量H₂O₂反應0.5 h，升溫到60℃，持續反應1 h后，過濾、蒸發濃縮、減壓抽濾等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄·5H₂O 。
請回答下列問題：
④用過氧化氫為氧化劑法比流程中采用硝酸和硫酸溶解的優點是   。
⑤用少量95%的酒精淋洗的目的是    。
（3）廢銅溶解后經過一系列操作得到硫酸銅溶液，補充完整由溶解液制備純凈硫酸銅溶液的實驗步驟    。

Answer 1

（1） ①3∶2 　B 
② Zn+2OH^－+2H₂O=[Zn(OH)₄]^2—+H₂↑
（2）①3   
②CD　  
③4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
④減少硫酸銅晶體的溶解損失
⑤ 產物是水，無污染  
（3）向溶液中加氫氧化鈉溶液至pH為11，充分反應過濾洗滌，向沉淀中加適量稀硫酸溶解，制的硫酸銅溶液。

試題分析：（1）①銅與稀硫酸不反應，加入硝酸做氧化劑使銅溶解，反應為3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO+4H₂O,，由方程式知硫酸和硝酸的物質的量之比最佳為3:2；NO不能被氫氧化鈉直接吸收，需先與氧氣反應生成二氧化氮，在與氫氧化鈉反應，故選B裝置。②鋅與強堿反應生成[Zn(OH)₄]^2—同時應生成氫氣；（2）①根據K_sp[Fe((OH)₃]計算，pH至少為3；②加入甲物質是使鐵離子沉淀出來，同時不能引入新的雜質，加入不溶于水但與酸反應的銅的化合物，促進鐵離子水解生成氫氧化鐵沉淀而除去，故選用CuCO₃、Cu₂(OH) ₂CO₃ 、CuO、Cu(OH)₂等。③通入的氧氣把亞鐵離子氧化為鐵離子，鐵離子能與銅反應而使其溶解；④硫酸銅晶體溶于水，洗滌時需用飽和硫酸銅溶液或乙醇（鹽不易溶解于有機溶劑），降低其溶解損失；⑤雙氧水是綠色氧化劑，產物是水無污染；（3）根據信息可以根據鋁、鋅的氫氧化物溶解于強堿，調節pH得到氫氧化銅沉淀，然后加硫酸溶解制的硫酸銅溶液。