胆矾 (CuSO 4 •5H 2 O) 是一种重要工业用盐,某研究小组拟用废旧铜器 ( 主要杂质为含铁的氧化物 ) 来制备胆矾。设计流程如下:
pH 值控制可参考下列数据
物质 | 开始沉淀时的 pH 值 | 完全沉淀时的 pH 值 |
氢氧化铁 | 2.7 | 3.7 |
氢氧化亚铁 | 7.6 | 9.6 |
氢氧化铜 | 5.2 | 6.4 |
请根据上述流程回答下列问题:
(1) 试剂 A 可选用 _______ ( 填字母 ) 。
a. 稀 H 2 SO 4 b. 浓 H 2 SO 4 c. 浓 FeCl 3 溶液 d. 浓 HNO 3
(2) 第 ②步加入 H 2 O 2 溶液目的是 _______ 。
(3) 第 ③步中所加试剂 B 为 _______ ( 填化学式 ) 。调节溶液的 pH 合适的范围是 _______ 。
(4) 第 ④步中的滤渣成分为 _______ 。
(5) 操作 ⑤通常加 H 2 SO 4 调节 pH=1 目的: _______ 。
(6) 操作 X 的主要步骤为: _______ 、 _______ 。
(7) 某同学认为上述流程第 ①步中所加的试剂 A 的选项中都不理想,需作改进,请你帮助设计一条改进方案 _______ 。
b 将 Fe 2+ 转化为 Fe 3+ CuO 、 Cu(OH) 2 、 CuCO 3 均可 3.7-5.2 Fe(OH) 3 抑制 Cu 2+ 在加热条件下水解 蒸发浓缩 冷却结晶 加入稀硫酸的同时通入 O 2 ( 或加入 H 2 O 2 )
【分析】
铜与稀硫酸不反应,制备产物为胆矾,不能用硝酸,则试剂 A 为浓硫酸;向溶液中加入过氧化氢,使溶液中的亚铁离子变为铁离子;加入氧化铜或氢氧化铜调节 pH ,使铁离子生成氢氧化铁沉淀;过滤得到滤渣为氢氧化铁,滤液为硫酸铜溶液;调节 pH=1 ,得到的产物含有结晶水,则经蒸发浓缩、冷却结晶得到胆矾晶体。
【详解】
(1) 试剂 A 可选用浓 H 2 SO 4 ,答案为 b ;
(2) 根据表中数据,除去硫酸铜溶液中的铁的离子,需氧化为铁离子,则第 ②步加入 H 2 O 2 溶液目的是将 Fe 2+ 转化为 Fe 3+ ;
(3) 调节 pH ,不引入新的杂质,第 ③步中所加试剂 B 为 CuO 、 Cu(OH) 2 、 CuCO 3 均可;调节溶液的 pH ,使铁离子生成沉淀,而铜离子不能生成沉淀,则合适的范围是 3.7-5.2 ;
(4) 第 ④步中的滤渣成分为 Fe(OH) 3 ;
(5) 硫酸铜溶液加热时,铜离子的水解平衡正向移动,则操作 ⑤通常加 H 2 SO 4 调节 pH=1 目的抑制 Cu 2+ 在加热条件下水解;
(6) 制取的产物中含有结晶水,溶液不能蒸干,则操作 X 的主要步骤为蒸发浓缩、冷却结晶;
(7) 浓硫酸与铜反应生成污染空气的二氧化硫,可加入稀硫酸后通入氧气或加入过氧化氢。
铁元素:
在元素周期表中的位置:铁的原子序数26,位于周期表中第四周期,第Ⅷ族。
(1)物理性质:银白色、有金属光泽,密度较大,熔点较高,硬度较小,具有导电、导热、延展性,可被磁铁吸引。
(2)化学性质:较活泼的金属,+2、+3价两种价态
①与强氧化剂反应(如:Cl2 Br2 过量稀HNO3)生成+3价铁的化合物。如:
注:铁常温下在浓硫酸和浓硝酸中钝化,但加热可以反应,且被氧化成Fe3+
②与弱氧化剂反应(如S I2 H+ Cu2+)生成+2价铁的化合物,如:
③铁与氧气、水蒸气反应生成Fe3O4(FeO·Fe2O3)
化学性质:
铁元素性质活泼,有较强的还原性。
铁的性质:
铁与稀硝酸的反应:
两式可通过2Fe3++Fe==3Fe2+联系起来。
注意:
铁三角关系:
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