Question

I．硫酸銅是一種應(yīng)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(chǎn)膽礬（CuSO₄?5H₂O）的生產(chǎn)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(xué)方程式

3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O

；
（3）操作I的操作溫度應(yīng)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(yīng)為

冷卻結(jié)晶、過濾

、洗滌、干燥；
（5）取樣檢驗(yàn)是為了確認(rèn)Fe³⁺是否除凈．有同學(xué)設(shè)計(jì)了以下兩種方案，在實(shí)驗(yàn)室分別對所取樣品按下列方案進(jìn)行操作：
方案一：取樣于試管→滴加KSCN溶液；
方案二：徑向?qū)游觥鷩奒SCN溶液
①你認(rèn)為上述兩種方案設(shè)計(jì)更合理的是

方案二

；
②指出你認(rèn)為不合理的方案存在的問題

Cu²⁺的藍(lán)色對檢驗(yàn)有干擾

；
（6）反應(yīng)產(chǎn)物中的NO可以循環(huán)使用，用化學(xué)方程式表示循環(huán)使用的方案

4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

．
II．（12分）復(fù)印機(jī)使用的墨粉主要成份是Fe₃O₄，圖是氧化沉淀法生產(chǎn)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(zhì)不參與反應(yīng)；
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(yīng)的化學(xué)方程式是：

Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O

，檢驗(yàn)反應(yīng)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(shí)的化學(xué)方程式是：

4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃

；
（4）生產(chǎn)中可獲得的副產(chǎn)品是

Na₂SO₄?10H₂O

，提取該副產(chǎn)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(jié)晶    e．洗滌
（5）在生產(chǎn)過程中，若工業(yè)綠礬的投料速率是12.16kg/h，為使產(chǎn)品較純，鼓入空氣的速率應(yīng)為

0.784

m³/h（假設(shè)反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行，空氣中O₂占20%）．

Answer 1

分析：Ⅰ．（1）由工藝流程圖轉(zhuǎn)化關(guān)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(zhuǎn)化關(guān)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(guān)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(yīng)控制在較高的溫度，物質(zhì)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(yīng)為將熱溶液冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；
（5）確認(rèn)Fe³⁺是否除凈應(yīng)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(yīng)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(jià)+2、+3價(jià)寫出生成物的兩種金屬氯化物的化學(xué)式，然后再根據(jù)式子兩邊各元素的原子個(gè)數(shù)相等配平方程式，F(xiàn)e³⁺與硫氰化鉀溶液反應(yīng)，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(yīng)的化學(xué)方程式進(jìn)行分析．

解答：解：Ⅰ．（1）由工藝流程圖轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，浸出液中加入石灰漿調(diào)節(jié)pH值，鐵離子轉(zhuǎn)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(yīng)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(guān)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(yīng)控制在較高的溫度，溫度應(yīng)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(yīng)為將熱溶液冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，
故答案為：冷卻結(jié)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(lán)色的銅離子會對現(xiàn)象干擾，不能檢驗(yàn)鐵離子的存在；方案二：徑向?qū)游觥鷩奒SCN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(dá)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(lán)色的銅離子會對現(xiàn)象干擾，不能檢驗(yàn)鐵離子的存在，
故答案為：Cu²⁺的藍(lán)色對檢驗(yàn)有干擾；
（6）一氧化氮?dú)怏w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(yīng)的化學(xué)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(yīng)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(yīng)，使溶液變紅色，所以檢驗(yàn)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(yīng)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(yīng)后生成氫氧化亞鐵和硫酸鈉，所以副產(chǎn)品是硫酸鈉，由硫酸鈉溶液變?yōu)槭�去結(jié)晶水的硫酸鈉的過程為：加熱濃縮，冷卻，結(jié)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(yīng)恰好與FeSO₄完全反應(yīng)，
12.16 kg工業(yè)綠礬中含F(xiàn)eSO₄的物質(zhì)的量：

12160g×52.5%

152g/mol

=42mol，設(shè)鼓入空氣的速率應(yīng)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(diǎn)評：本題為拼合型題目，題量大，對學(xué)生的心理素質(zhì)有非常高的要求，考查學(xué)生對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息能力、物質(zhì)分離提純等基本操作、離子檢驗(yàn)，化學(xué)計(jì)算等，難度中等，要求學(xué)生要有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識和靈活應(yīng)用信息、基礎(chǔ)知識解決問題的能力．