Question

金屬單質(zhì)及其化合物在生產(chǎn)生活中應(yīng)用非常廣泛，廢舊金屬的回收利用是重要研究課題．
某學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室中模擬利用含銅廢料（主要成分為Cu和CuO，還有少量的Al、Fe及其氧化物）生產(chǎn)膽礬，其實(shí)驗(yàn)方案如下：

（1）上述流程中，操作1所得“濾液”的主要成分為

 

；
（2）酸溶后所得溶液中的溶質(zhì)主要有

 

；
（3）請寫出酸溶過程單質(zhì)銅發(fā)生反應(yīng)的離子方程式

 

；該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為

 

；
（4）試劑X可以是

 

；
（5）操作3是一系列操作，其操作為

 

、冷卻結(jié)晶、過濾、

 

、小心干燥；試寫出最終產(chǎn)物膽礬的化學(xué)式

 

．

Answer 1

分析：（1）金屬及其氧化物中，能和堿液反應(yīng)的只有鋁及其氧化物、氫氧化物；
（2）在稀硫酸中，F(xiàn)e及其氧化物溶解得到亞鐵鹽或鐵鹽，銅與稀硫酸不反應(yīng)，但通入氧氣做氧化劑后，銅被氧氣氧化為氧化銅，氧化銅溶于稀硫酸；
（3）除去Fe³⁺一般通過調(diào)節(jié)PH使其水解的方法，選取試劑X時(shí)要注意不能引入新的雜質(zhì)；
（4）CuSO₄溶液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶并洗滌等操作最終得到膽礬．

解答：解：（1）含銅廢料在用熱燒堿堿浸后，Cu、CuO、Fe及其氧化物均不能和NaOH反應(yīng)，只有鋁能和燒堿反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，故在操作I過濾之后，濾液的主要成分為NaAlO₂，故答案為：NaAlO₂；
（2）經(jīng)過操作I后所得的濾渣為Cu、CuO、Fe及其氧化物，水洗后，加入足量的稀硫酸并通入氧氣，
Fe與硫酸反應(yīng)先生成FeSO₄，后Fe²⁺能被氧氣氧化為Fe³⁺，即最終生成了Fe₂（SO₄）₃；
鐵的氧化物與硫酸反應(yīng)生成FeSO₄或Fe₂（SO4）₃，后Fe²⁺能被氧氣氧化為Fe³⁺，即最終全部轉(zhuǎn)化為了Fe₂（SO₄）₃；
CuO和硫酸反應(yīng)生成CuSO₄； Cu先被氧氣氧化為CuO，后CuO和硫酸反應(yīng)為CuSO₄；
故酸溶后的溶液中的溶質(zhì)有生成的Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄和過量的H₂SO₄，
故答案為：Fe₂（SO4）₃、CuSO₄、H₂SO₄；
（3）Cu不能被稀硫酸氧化，但通入氧氣后，銅先被氧氣氧化：2Cu+O₂ =2CuO ①；
然后CuO和硫酸反應(yīng)：CuO+H₂SO₄ ═CuSO₄ +H₂O ②；
將①+（2×②）可得總反應(yīng)：2Cu+O₂ +2H₂SO₄ ═2CuSO₄ +2H₂O，
H₂SO₄是強(qiáng)酸，CuSO₄ 是可溶性鹽，都可以拆，故離子方程式為：2Cu+O₂ +4H⁺═2Cu²⁺+2H₂O，
在該反應(yīng)中，O₂ 化合價(jià)降低，被還原，故做氧化劑；Cu化合價(jià)升高，被氧化，故做還原劑，故氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1：2．  
故答案為：2Cu+O₂ +4H⁺═2Cu²⁺+2H₂O；1：2；
（4）加入試劑X的目的是調(diào)節(jié)溶液的PH=5.2，使溶液中的Fe³⁺水解為Fe（OH）₃從而除去，所以應(yīng)該加入CuO或CuCO₃，既反應(yīng)掉了H⁺還不引入新雜質(zhì)，
故答案為：CuO或CuCO₃；
（5）經(jīng)過操作II過濾后，所得的溶液是CuSO₄ 溶液，若想最終得到膽礬CuSO₄ ?5H₂O，必須經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌并小心干燥才能得到，
故答案為：蒸發(fā)濃縮； 洗滌；CuSO₄ ?5H₂O．

點(diǎn)評：本題綜合考查了利用含銅廢料經(jīng)過多步除雜最終生產(chǎn)膽礬的工藝流程，綜合性強(qiáng)，難度較大．