Question

（15分）
某學習小組利用某工業廢棄固體(主要成分為Cu₂S和Fe₂O₃)來研究相關物質的制備。設計方案如圖所示：

已知：K_sp[Cu(OH)₂]＝6.0×10^－20 ，K_sp[Fe(OH)₂]=1.6×10^－14 ，K_sp[Fe(OH)₃]=1.0×10^－38
（1） 廢棄固體在空氣中灼燒發生反應（有2種元素被氧化）的化學方程式為______。
（2） 溶液C通過_______、_________、過濾等操作得到Fe₂(SO_４)₃晶體。
（3） 常溫下，銅粉、O₂和稀硫酸三者在一起生成硫酸銅反應極慢。當往其中加入溶液D后，隨即生成硫酸銅。這一過程中反應的化學方程式依次為4FeSO₄ + O₂ + 2H₂SO₄＝2Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O和          。溶液D在這一過程中所起的作用是_______。
（4） 操作⑧的目的是制取較純的硫酸銅溶液。溶液E中加入試劑Y以調節pH使得鐵元素全部形成沉淀(含鐵元素的離子濃度小于10^－5 mol·L^－1)。試劑Y可以是               ，溶液的pH至少調節為________。

Answer 1

（1）Cu₂S + 2O₂2CuO + SO₂                   （2）蒸發濃縮；冷卻結晶    
（3）Fe₂(SO₄)₃ + Cu = CuSO₄ + 2FeSO₄；催化劑  （4）CuO（或Cu(OH)₂、CuCO₃等）；3

試題分析：（1） 在廢棄固體中Fe₂O₃已經是最高價氧化物，不能再發生反應，而Cu₂S在空氣中灼燒會發生反應產生SO₂和CuO。反應的化學方程式為Cu₂S + 2O₂2CuO + SO₂ 。（2）把灼燒后的固體加入到硫酸中，會發生反應得到Fe₂(SO₄)₃和CuSO₄。再加入過量的Fe粉，發生反應：Fe₂(SO₄)₃+Fe=3FeSO₄；CuSO₄+Fe= Cu+FeSO₄。過濾得到的濾液中含有FeSO₄。然后加入過量的H₂O₂，發生反應得到溶液C：Fe₂(SO₄)₃。溶液C通過蒸發濃縮；冷卻結晶、過濾等操作得到Fe₂(SO_４)₃晶體。（3） 常溫下，銅粉、O₂和稀硫酸三者在一起生成硫酸銅反應極慢。當往其中加入溶液D后，隨即生成硫酸銅。這一過程中反應的化學方程式依次為4FeSO₄ + O₂ + 2H₂SO₄＝2Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O和Fe₂(SO₄)₃+Cu = CuSO₄+2FeSO₄。可見溶液D在這一過程中參加反應，但是最后又變為原來的物質。說明溶液D所起的作用是催化劑。（4） 操作⑧的目的是制取較純的硫酸銅溶液。溶液E中含有CuSO₄和FeSO₄。加入試劑Y以調節pH使得鐵元素全部形成沉淀(含鐵元素的離子濃度小于10^－5 mol·L^－1)。試劑Y可以是 CuO或Cu(OH)₂、CuCO₃，因為c(Fe³⁺)·c³(OH^-)≥1.0×10^－38; c(Fe³⁺)=10^－5 mol/L,所以c³(OH^-)≥1.0×10^－33. c(OH^-)≥1.0×10^－11 mol/L；c(H+)≤.0×10^－3 mol/L。溶液的pH至少調節為3。