Question

工業上利用某工廠的廢渣(主要含CuO70%、MgFe₂O₄20%，還含有少量FeO、NiO等氧化物)制取精銅和顏料鐵紅。流程如圖所示。

回答下列問題：
（1）凈化Ⅰ操作分為兩步：
第一步是將溶液中少量的Fe^2＋氧化；
第二步是控制溶液pH，使Fe^3＋轉化為Fe(OH)₃沉淀。
①寫出酸性條件下用H₂O₂氧化Fe^2＋反應的離子方程式：                     。
②25 ℃時，pH=3的溶液中，c(Fe^3＋)=___________mol·L^－1（已知25 ℃，K_sp[Fe( OH)₃]=4.0×10^－38）。  
③凈化Ⅰ中第二步可選用CuO實現轉化，用化學平衡移動原理說明其原因：
                                                                  。
（2）用凈化II所得的金屬為電極進行電解得精銅，請寫出陰極所發生的電極反應式：______________________________。
（3）為準確測定酸浸液中Fe^2＋的物質的量濃度以確定H₂O₂的用量，測定步驟如下：
①取出25.00mL酸浸液，配制成250.0mL溶液。
②滴定：準確量取25.00mL所配溶液于錐形瓶中，將0.2000mol/LKMnO₄溶液裝入
              （填儀器名稱），進行滴定，記錄數據，重復滴定3次，平均消耗KMnO₄溶液V mL。(反應離子方程式：5Fe²⁺+MnO+10H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+5H₂O)
③計算酸浸液中Fe²⁺的物質的量濃度=                   mol/L （只列出算式，不做運算）。

Answer 1

(1) ① H₂O₂＋2Fe^2＋＋2H^＋===2Fe^3＋＋2H₂O（3分）
②4.0×10^－5 （3分,不考慮有效數字）
③Fe³⁺在溶液中存在水解平衡（1分），CuO結合Fe³⁺水解產生的H⁺，使溶液中H⁺濃度降低（1分），促進Fe³⁺的水解平衡向生成Fe(OH)₃方向移動（1分），Fe³⁺轉化為Fe(OH)₃沉淀。（合理即給分）
（2）Cu²⁺ +2e^－= Cu  （2分）
(3)②酸式滴定管 （2分） 
③ 或0.4000 V （2分，單位、有效數字有錯誤合扣1分，代入數值不帶單位不扣分，化簡也給分。）

解析試題分析：雙氧水具有氧化性，因此可以把二價的鐵氧化成為三價的鐵即
H₂O₂＋2Fe^2＋＋2H^＋===2Fe^3＋＋2H₂O。又溶解度常數可得出鐵離子的濃度乘以氫氧根離子濃度的三次方等于4.0×10^－38而氫氧根離子濃度由離子積常數求得出為10^-11，所以鐵離子的濃度為4.0×10^－5。凈化Ⅰ中第二步可選用CuO實現轉化主要是由于e³⁺在溶液中存在水解平衡，CuO結合Fe³⁺水解產生的H⁺，使溶液中H⁺濃度降低，促進Fe³⁺的水解平衡向生成Fe(OH)₃方向移動，Fe³⁺轉化為Fe(OH)₃沉淀。在精煉銅時，陰極是純銅，陽極是粗銅，電解質溶液一般選擇硫酸銅，因此陰極的電極反應式為Cu²⁺ +2e^－= Cu。高錳酸鉀顯酸性，因此用酸式滴定管來測量。再由題目提供的反應方程式，可知亞鐵離子與錳酸根離子的比例關系是5；1的關系，然后列方程就可以求得出Fe²⁺的物質的量濃度為0.4000 V
考點：考查溶解平衡以及精煉銅的相關知識點