Question

硅孔雀石是一種含銅形態(tài)為CuCO₃?Cu（OH）₂，和CuSiO₃?2H₂O的礦石．同時(shí)含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃等雜質(zhì)．以硅孔雀石為原料制取班硫酸銅晶體的工藝流程如圖1：已知：H₂SiO₃不穩(wěn)定．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）流程中發(fā)生了多個(gè)化學(xué)反應(yīng)．寫(xiě)出其中的任意兩個(gè)離子反應(yīng)方程式（要求一個(gè)必須是氧化還原反應(yīng)一個(gè)必須是復(fù)分解反應(yīng)）氧化還原反應(yīng)

 

，復(fù)分解反應(yīng)

 

．
（2）濾渣A的主要成分是氧化物，該氧化物屬于

 

晶體（填“離子”、“原子”、“分子”、“金屬”）．
（3）在濾液A中加入CuO調(diào)節(jié)溶液pH=4時(shí)．可得到濾渣B．其原因是

 

有關(guān)氫氧化物開(kāi)始沉淀和完全沉淀的pH如下表：

氧化物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
開(kāi)始沉淀的pH	1.5	6.5	4.2
沉淀完全的pH	3.7	9.7	6.7

（4）步驟②在加CuO調(diào)節(jié)pH時(shí)．若加入的CuO太少．濾液B中會(huì)含有較多的雜質(zhì)離子．寫(xiě)出檢驗(yàn)濾液B中含有較多雜質(zhì)離子的實(shí)驗(yàn)操作方法是

 

（5）由濾液B得到硫酸銅晶體的操作方法是

 

（6）硅孔雀石處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生CO₂氣體．長(zhǎng)期積爪．會(huì)威脅到生態(tài)環(huán)境．工業(yè)上將產(chǎn)生的CO₂和H₂混合．二者在一定條件下反應(yīng)生成甲醇．
已知：25℃，101KPa下：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol
CH₂OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol
寫(xiě)出CO₂和H₂生成氣態(tài)甲醇和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式

 

．
（7）微生物燃料電池是一種利用微生物將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，如圖2為甲醇生物燃料電池的裝置示意圖（用陽(yáng)離子交換膜將裝置分隔成A，B兩室）．則：工作結(jié)束后，B室溶液的pH與工作前相比將

 

（填寫(xiě)“增大”、“減小”或“不變”．假設(shè)溶液體積不變）．

Answer 1

考點(diǎn)：銅金屬及其重要化合物的主要性質(zhì),熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),物質(zhì)的分離、提純的基本方法選擇與應(yīng)用

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,元素及其化合物

分析：（1）依據(jù)流程分析，硅孔雀石礦粉加入稀硫酸和雙氧水浸取后過(guò)濾，碳酸銅，氫氧化銅，硅酸銅，碳酸亞鐵，氧化鐵溶解于硫酸中，二氧化硅不溶得到濾液A主要是硫酸銅，硫酸鐵溶液，濾渣A主要是二氧化硅和硅酸，其中亞鐵離子在酸性溶液中被過(guò)氧化氫氧化生成鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氫氧化鐵、碳酸銅溶于列式的反應(yīng)為復(fù)分解反應(yīng)；濾液A調(diào)節(jié)溶液PH=4鐵離子全部沉淀，銅離子不沉淀過(guò)濾得到濾渣B主要是氫氧化鐵沉淀，濾液B為硫酸銅溶液，通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌得到硫酸銅晶體；
（2）分析可知濾渣A中氧化物為二氧化硅屬于原子晶體；
（3）濾液A中加入CuO調(diào)節(jié)溶液pH=4時(shí)，鐵離子全部沉淀，不引入新的雜質(zhì)；
（4）加入氧化銅少，鐵離子不能全部沉淀，雜質(zhì)離子主要是鐵離子，依據(jù)鐵離子的檢驗(yàn)方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)；
（5）溶液中得到硫酸銅晶體的方法為蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌得到；
（6）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（7）B電極反應(yīng)是氧氣得到電子生成氫氧根離子在酸性溶液中生成水，氫離子通過(guò)交換膜移向正極，溶液pH不變．

解答： 解：（1）由流程可知，硅孔雀石礦粉加入稀硫酸和雙氧水浸取后過(guò)濾，碳酸銅，氫氧化銅，硅酸銅，碳酸亞鐵，氧化鐵溶解于硫酸中，二氧化硅不溶得到濾液A主要是硫酸銅，硫酸鐵溶液，濾渣A主要是二氧化硅和硅酸，其中亞鐵離子在酸性溶液中被過(guò)氧化氫氧化生成鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氫氧化鐵、碳酸銅溶于列式的反應(yīng)為復(fù)分解反應(yīng)；濾液A調(diào)節(jié)溶液PH=4鐵離子全部沉淀，銅離子不沉淀過(guò)濾得到濾渣B主要是氫氧化鐵沉淀，濾液B為硫酸銅溶液，通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌得到硫酸銅晶體；
流程中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O 或 Cu（OH）₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O 或 CuCO₃+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O等，
故答案為：氧化還原反應(yīng)：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；復(fù)分解反應(yīng)：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O 或 Cu（OH）₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O 或 CuCO₃+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O等；
（2）濾渣A主要是二氧化硅和硅酸，氧化物為二氧化硅屬于原子晶體，故答案為：原子；
（3）濾液A中加入CuO調(diào)節(jié)溶液pH=4時(shí)，F(xiàn)e³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺加入CuO中和H⁺使水解平衡正向移動(dòng)，F(xiàn)e³⁺水解生成沉淀而從溶液中分離出來(lái)，同時(shí)不引入新雜質(zhì)；
故答案為：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺加入CuO中和H⁺使水解平衡正向移動(dòng)，F(xiàn)e³⁺水解生成沉淀而從溶液中分離出來(lái)，同時(shí)不引入新雜質(zhì)；
（4）步驟②在加CuO調(diào)節(jié)pH時(shí)．若加入的CuO太少．濾液B中會(huì)含有較多的雜質(zhì)離子為鐵離子，取濾液B少量于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液變紅，則證明濾液B中含較多雜質(zhì)離子，故答案為：取濾液B少量于試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液變紅，則證明濾液B中含較多雜質(zhì)離子；
（5）濾液B為硫酸銅溶液，通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌得到硫酸銅晶體，故答案為：加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌；
（6）①H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol
②CH₂OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol
由蓋斯定律計(jì)算①×3-②得到CO₂和H₂生成氣態(tài)甲醇和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50kJ/mol，
故答案為：CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50kJ/mol；
（7）B電極反應(yīng)是氧氣得到電子生成氫氧根離子在酸性溶液中生成水，氫離子通過(guò)交換膜移向正極，溶液pH不變，故答案為：不變．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了銅及其化合物性質(zhì)的分析，物質(zhì)提取流程的理解應(yīng)用，除雜和晶體析出是解題的關(guān)鍵，題目難度中等．