Question

I．硫酸銅是一種應用極其廣泛的化工原料．以下是某工廠用含鐵廢銅為原料生產膽礬（CuSO₄?5H₂O）的生產流程示意圖：
膽礬和石膏在不同溫度下的溶解度（g/100g水）見下表．

溫度（℃）	20	40	60	80	100
石膏	0.32	0.26	0.15	0.11	0.07
膽礬	32	44.6	61.8	83.8	114

請回答下列問題：
（1）紅棕色濾渣的主要成分是

Fe（OH）₃

；
（2）寫出浸出過程中生成硫酸銅的化學方程式

3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O

；
（3）操作I的操作溫度應該控制在

100

℃左右；
（4）從溶液中分離出硫酸銅晶體的操作II應為

冷卻結晶、過濾

、洗滌、干燥；
（5）取樣檢驗是為了確認Fe³⁺是否除凈．有同學設計了以下兩種方案，在實驗室分別對所取樣品按下列方案進行操作：
方案一：取樣于試管→滴加KSCN溶液；
方案二：徑向層析→噴KSCN溶液
①你認為上述兩種方案設計更合理的是

方案二

；
②指出你認為不合理的方案存在的問題

Cu²⁺的藍色對檢驗有干擾

；
（6）反應產物中的NO可以循環(huán)使用，用化學方程式表示循環(huán)使用的方案

4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

．
II．（12分）復印機使用的墨粉主要成份是Fe₃O₄，圖是氧化沉淀法生產Fe₃O₄的工藝：
已知：
①工業(yè)綠礬中FeSO₄的含量為52.5%，其中的雜質不參與反應；
②Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃═Fe₃O₄?4H₂O
請回答下列問題：
（1）鐵的常見氧化物有

FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄

；
（2）Fe₃O₄與鹽酸反應的化學方程式是：

Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O

，檢驗反應后的溶液中含F(xiàn)e³⁺的方法：

取待測液少許于試管中，加入適量的KSCN溶液，若溶液顯血紅色，則證明含F(xiàn)e³⁺

；
（3）在工藝流程中，通入適量空氣“氧化”時的化學方程式是：

4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃

；
（4）生產中可獲得的副產品是

Na₂SO₄?10H₂O

，提取該副產品的操作順序是：

bcdae

（填寫序號）
a．過濾    b．加熱濃縮    c．冷卻    d．結晶    e．洗滌
（5）在生產過程中，若工業(yè)綠礬的投料速率是12.16kg/h，為使產品較純，鼓入空氣的速率應為

0.784

m³/h（假設反應在標準狀態(tài)下進行，空氣中O₂占20%）．

Answer 1

分析：Ⅰ．（1）由工藝流程圖轉化關系可知，紅褐色濾渣的主要成分為氫氧化鐵；
（2）由工藝流程圖轉化關系可知，由于硫酸的存在，酸過量，硝酸全起氧化劑作用，酸為稀溶液，生成硫酸銅、NO、水；
（3）由表中溶解度關系可知，膽礬溶解度隨溫度升高增大，而石膏的溶解度隨溫度升高降低，所以應控制在較高的溫度，物質分離較完全，制備的膽礬較純；
（4）從溶液中分離出硫酸銅晶體應為將熱溶液冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；
（5）確認Fe³⁺是否除凈應注意銅離子的顏色造成的干擾；
（6）一氧化氮循環(huán)使用可以利用一氧化氮和氧氣再水溶液中反應生成硝酸，重新使用；
Ⅱ．（1）鐵有三種常見的氧化物：FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄；
（2）根據(jù)鐵元素的化合價+2、+3價寫出生成物的兩種金屬氯化物的化學式，然后再根據(jù)式子兩邊各元素的原子個數(shù)相等配平方程式，F(xiàn)e³⁺與硫氰化鉀溶液反應，使溶液變紅色，據(jù)此解答；
（3）氫氧化亞鐵易被氧氣氧化；
（4）根據(jù)從硫酸鈉溶液中分離出硫酸鈉的方法分析操作過程；
（5）根據(jù)反應的化學方程式進行分析．

解答：解：Ⅰ．（1）由工藝流程圖轉化關系可知，浸出液中加入石灰漿調節(jié)pH值，鐵離子轉化為Fe（OH）₃沉淀析出，紅褐色濾渣的主要成分為Fe（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃；
（2）由于硫酸的存在，且酸過量，硝酸全起氧化劑作用，酸為稀溶液，生成硫酸銅、NO、水，
反應方程式為3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
（3）由表中溶解度關系可知，膽礬溶解度隨溫度升高增大，而石膏的溶解度隨溫度升高降低，所以應控制在較高的溫度，溫度應該控制在100℃，制備的膽礬相對較純，
故答案為：100℃；
（4）從溶液中分離出硫酸銅晶體應為將熱溶液冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，
故答案為：冷卻結晶、過濾；
（5）①方案一：取樣于試管→滴加KSCN溶液，由于溶液中含有藍色的銅離子會對現(xiàn)象干擾，不能檢驗鐵離子的存在；方案二：徑向層析→噴KSCN溶液，紙上層析是利用混合物中各組分在固定相和流動相中的溶解度不同而達到分離目的，不但可以分辨出鐵離子還能辨別出含有銅離子，
故答案為：方案二；             
②取樣于試管→滴加KSCN溶液，由于溶液中含有藍色的銅離子會對現(xiàn)象干擾，不能檢驗鐵離子的存在，
故答案為：Cu²⁺的藍色對檢驗有干擾；
（6）一氧化氮氣體有毒污染空氣不能排放到大氣中，可以利用一氧化氮和氧氣在水溶液中吸收生成硝酸循環(huán)使用反應的化學方程式4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃，
故答案為：4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃；
Ⅱ．（1）鐵有三種常見的氧化物：FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄，
故答案為：FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄；
（2）四氧化三鐵與鹽酸反應生成氯化亞鐵、氯化鐵與水，配平后方程式為Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O，
Fe³⁺與硫氰化鉀溶液反應，使溶液變紅色，所以檢驗是否含F(xiàn)e³⁺離子的方法為：取少量待測液，向其中加入硫氰化鉀溶液，溶液變紅色，說明濾液中含F(xiàn)e³⁺，溶液不變紅色，說明濾液中不含F(xiàn)e³⁺，
故答案為：Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O；取待測液少許于試管中，加入適量的KSCN溶液，若溶液顯血紅色，則證明含F(xiàn)e³⁺；
（3）Fe（OH）₂不穩(wěn)定，易被氧氣氧化為Fe（OH）₃，反應方程式為：4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃，
故答案為：4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃；
（4）氫氧化鈉和硫酸亞鐵溶液反應后生成氫氧化亞鐵和硫酸鈉，所以副產品是硫酸鈉，由硫酸鈉溶液變?yōu)槭�去結晶水的硫酸鈉的過程為：加熱濃縮，冷卻，結晶，過濾，洗滌，即bcdae，
故答案為：Na₂SO₄?10H₂O（或芒硝，寫Na₂SO₄也可）；bcdae；
（5）鼓入的空氣應恰好與FeSO₄完全反應，
12.16 kg工業(yè)綠礬中含F(xiàn)eSO₄的物質的量：

12160g×52.5%

152g/mol

=42mol，設鼓入空氣的速率應為Vm³/h，
根據(jù)：6 FeSO₄～O₂～2 Fe₃O₄
　    6mol    22.4L
      42mol   Vm³×10³L/m³×1/5
解得：V=0.784，
故答案為：0.784．

點評：本題為拼合型題目，題量大，對學生的心理素質有非常高的要求，考查學生對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息能力、物質分離提純等基本操作、離子檢驗，化學計算等，難度中等，要求學生要有扎實的實驗基礎知識和靈活應用信息、基礎知識解決問題的能力．