Question

膽礬是一種重要工業(yè)用鹽，如電鍍工業(yè)用作全光亮酸性鍍銅主鹽和離子添加劑．印染工業(yè)用作媒染劑和精染布的助氧劑，農(nóng)業(yè)上作為殺菌劑．某研究小組擬用廢舊銅器（主要雜質(zhì)為含鐵的化合物）來制備膽礬．設(shè)計流程如下：

pH值控制可參考下列數(shù)據(jù)

物質(zhì)	開始沉淀時的pH值	完全沉淀時的pH值
氫氧化鐵	2.7	3.7
氫氧化亞鐵	7.6	9.6
氫氧化銅	5.2	6.4

請根據(jù)上述流程回答下列問題：
（1）試劑A可選用

 

（填字母）．
a．稀H₂SO₄b．濃H₂SO₄c．濃FeCl₃溶液d．濃HNO₃
（2）第②步加入H₂O₂溶液發(fā)生的反應(yīng)的離子方程式為：

 

．
（3）第③步中所加試劑B為

 

（填化學(xué)式）．調(diào)節(jié)溶液的pH合適的范圍是

 

．
（4）操作⑤通常加H₂SO₄調(diào)節(jié)pH=1是為了：

 

．
（5）本流程中多次用到過濾操作，該操作主要用到的玻璃儀器為：

 

，操作⑥的主要步驟為：

 

、

 

．
（6）某同學(xué)認(rèn)為上述流程中所加的試劑A并不理想，需作改進(jìn)，其理由是

 

．請你幫助提出一條改進(jìn)方案

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：從流程來看①是加入濃硫酸，將銅溶解為銅離子，同時鐵的化合物以二價或三價進(jìn)入溶液．第②步加入H₂O₂溶液，將二價鐵氧化為三價鐵，第③步再加入CuO調(diào)pH到3.7～5.2之間，過濾除去氫氧化鐵（濾渣），銅離子留在溶液．為了防止銅離子在加熱濃縮時水解，加入硫酸控制酸度，抑制水解．當(dāng)溶液濃縮到一定程度，冷卻即可結(jié)晶出膽礬，過濾即得產(chǎn)品．
（1）A可選用濃H₂SO₄、加熱，稀硫酸不能溶解Cu，而濃FeCl₃溶液、濃HNO₃會引入雜質(zhì)；
（2）H₂O₂與Fe²⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（3）第③步目的是調(diào)節(jié)pH值，使氫氧化鐵完全沉淀，而氫氧化銅不沉淀；
（4）防止銅離子水解；
（5）過濾操作主要用到的玻璃儀器為漏斗、燒杯、玻璃棒等，操作⑥的主要步驟為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶以得到硫酸銅晶體；
（6）產(chǎn)生污染環(huán)境的二氧化硫，硫酸利用率低．

解答： 解：從流程來看①是加入濃硫酸，將銅溶解為銅離子，同時鐵的化合物以二價或三價進(jìn)入溶液．第②步加入H₂O₂溶液，將二價鐵氧化為三價鐵，第③步再加入CuO調(diào)pH到3.7～5.2之間，過濾除去氫氧化鐵（濾渣），銅離子留在溶液．為了防止銅離子在加熱濃縮時水解，加入硫酸控制酸度，抑制水解．當(dāng)溶液濃縮到一定程度，冷卻即可結(jié)晶出膽礬，過濾即得產(chǎn)品，
（1）A可選用濃H₂SO₄、加熱，稀硫酸不能溶解Cu，而濃FeCl₃溶液、濃HNO₃會引入雜質(zhì)，故答案為：b；
（2）H₂O₂與Fe²⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）第③步目的是調(diào)節(jié)pH值，使用堿性物質(zhì)，但不能引入新的雜質(zhì)，故選用CuO或Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃，使PH正好讓氫氧化鐵完全沉淀，而氫氧化銅不沉淀，故答案為：CuO或Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃；3.7-5.2；
（4）加H₂SO₄調(diào)節(jié)pH=1，防止銅離子水解，生成氫氧化銅沉淀，故答案為：抑制Cu²⁺水解；
（5）過濾操作主要用到的玻璃儀器為漏斗、燒杯、玻璃棒等，操作⑥的主要步驟為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶以得到硫酸銅晶體，故答案為：漏斗、燒杯、玻璃棒等；蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（6）上述流程中產(chǎn)生污染環(huán)境的二氧化硫，硫酸利用率低，可以先加熱，并在稀硫酸中通入氧氣，這樣不好產(chǎn)生二氧化硫氣體，以避免污染環(huán)境，故答案為：產(chǎn)生污染環(huán)境的二氧化硫，硫酸利用率低；加熱，并在稀硫酸中通入氧氣．

點(diǎn)評：本題來源于真實的化工工藝，廢舊電器的綜合利用．以廢舊銅器為原料，制備重要工業(yè)用鹽膽礬為主線，綜合考查元素化合物的性質(zhì)、離子反應(yīng)、沉淀的生成和溶解、過濾、溶液酸堿性（pH）的應(yīng)用、鹽類水解、重結(jié)晶等基礎(chǔ)知識，考查了學(xué)生調(diào)控化學(xué)實驗條件的能力、觀察和分析圖表的能力．第（6）小題要求較高，主要是考查考生對簡單實驗設(shè)計的評價或改進(jìn)的能力．從綠色化學(xué)理念來看，加入濃硫酸與銅反應(yīng)會產(chǎn)生污染環(huán)境的二氧化硫，硫酸利用率也較低；可考慮在加熱的條件下，加入稀硫酸，同時通入氧氣．上述問題得以解決．本小問回答有一定的開放性，給不同水平的考生以施展能力的空間．