Question

某工廠的電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物。為實現資源的回收利用并有效防止環境污染，設計如下工藝流程：

（1）酸浸后加入H₂O₂的目的是          。調pH步驟中加入的試劑最好是        （填化學式）。實驗室進行過濾操作所用到的玻璃儀器有              。
（2）煮沸CuSO₄溶液的原因是                 。向CuSO₄溶液中加入一定量的NaCl、Na₂SO₃，可以生成白色的CuCl沉淀，寫出該反應的化學方程式            。
（3）CuCl產品中CuCl的質量分數大于96．50%為國家合格標準。稱取所制備的CuCl樣品0．2500g置于一定量的0．5mol·L^-1FeCl₃溶液中，待樣品完全溶解后，加水20mL，用0.1000mol·L^-1的Ce（SO₄）₂溶液滴定，到達終點時消耗Ce（SO₄）₂溶液24．60mL。有關的化學反應為：
Fe^3＋＋CuCl＝Fe^2＋＋Cu^2＋＋Cl^－，Ce^4＋＋Fe^2＋＝Fe^3＋＋Ce^3＋。通過計算說明該CuCl樣品  （填“符合”或“不符合”）國家標準。
（4）25℃時，K_SP [Fe（OH）₃]= 4.0×10^-38。Fe³⁺發生水解反應Fe^3＋＋3H₂OFe(OH)₃＋3H^＋，該反應的平衡常數為           。

Answer 1

（14分）（1）將Fe²⁺氧化成Fe^3＋，便于調整pH值與Cu²⁺分離（2分）；
CuO或Cu(OH)₂、CuCO₃等（2分）；漏斗、燒杯、玻璃棒（2分）
（2）除凈溶液中的H₂O₂，避免影響下一步CuCl的生成（2分）
2CuSO₄＋2NaCl＋Na₂SO₃＋H₂O＝2CuCl↓＋2Na₂SO₄＋H₂SO₄（2分）
（3）符合（2分） （4）2.5×10^－5（2分）

試題分析：（1）電鍍污泥中含有銅、鐵等金屬化合物，酸浸后主要是溶解銅、鐵等金屬化合物。雙氧水有強氧化性，能氧化還原性的物質，Fe²⁺具有還原性，酸浸后加入H₂O₂，Fe²⁺能被雙氧水氧化為Fe^3＋，便于調整pH值與Cu²⁺分離；在調整pH步驟中加入的試劑是用來除去溶液中的酸，且不能引進新的雜質，所以要加入的試劑可以是CuO或Cu(OH)₂或CuCO₃；根據表中數據可知，當溶液的pH值4.4時，銅離子開始出現沉淀，當溶液的pH值為3.2時，三價鐵離子沉淀完全，銅離子未產生沉淀，所以要使三價鐵離子和銅離子分離，溶液的pH應該是3.2≤pH＜4.4.生成的氫氧化鐵沉淀可以通過過濾實現分離，過濾操用到的儀器有鐵架臺、漏斗、燒杯、玻璃棒等；其中屬于玻璃儀器有漏斗、燒杯、玻璃棒。
（2）反應中過氧化氫是過量的，過氧化氫均有氧化性，如果不除去會影響CuCl的生成。雙氧水受熱易分解，所以煮沸CuSO₄溶液的原因是除凈溶液中的H₂O₂，避免影響下一步CuCl的生成；因為CuSO₄中＋2價的銅能把Na₂SO₃中＋4價的硫氧化成＋6價的硫，而＋2價的銅被還原生成＋1價的銅，進而生成CuCl沉淀，所以該反應的化學方程式為2CuSO₄＋2NaCl＋Na₂SO₃＋H₂O＝2CuCl↓＋2Na₂SO₄＋H₂SO₄。
（3）設樣品中CuCl的質量為x，有關的化學反應為Fe^3＋＋CuCl＝Fe^2＋＋Cu^2＋＋Cl^－，Ce^4＋＋Fe^2＋＝Fe^3＋＋Ce^3＋，則由化學反應方程式可知：CuCl～～～Fe²⁺～～～Ce⁴⁺ 
1           1
n(CuCl)     24.60×10^-3L×0.1000 mol/L
解得 n(CuCl)＝24.60×10^-3L×0.1000 mol/L＝2.46×10^-3mol
所以該樣品CuCl的質量為2.46×10^-3mol×99.5g/mol＝0.2448g
所以樣品中CuCl的質量分數＝×100%＝97.91%＞96.50%，所以該樣品中CuCl的質量分數符合標準。
（4）K_SP [Fe(OH)₃]＝c(Fe³⁺)×c³(OH^-)＝4.0×10^-38。c(H⁺)＝，因此反應Fe^3＋＋3 H₂OFe(OH)₃＋3H^＋的平衡常數K＝＝＝2.5×10^-5。