某同学用工业硫酸铜制备纯净的CuSO4·5H2O。工艺流程如下：I．取工业硫酸铜固体，用稀硫酸溶解，过滤。II．向滤液中

题文

某同学用工业硫酸铜（含硫酸亚铁等杂质）制备纯净的CuSO₄·5H₂O。工艺流程如下
（部分操作和条件略）：
I．取工业硫酸铜固体，用稀硫酸溶解，过滤。
II．向滤液中滴加H₂O₂溶液，稍加热。
III．向II的溶液中加入CuO粉末至pH＝4。
IV．加热煮沸，过滤，滤液用稀硫酸酸化至pH＝1。
V．蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得晶体。
已知部分阳离子生成氢氧化物的pH、K_sp（25℃）如下表：
物质
Fe(OH)₃
Fe (OH)₂
Cu(OH)₂
开始沉淀时pH
2.7
7.6
4.7
完全沉淀时pH
3.7
9.6
6.7
K_sp
4.0×10^–38
8.0×10^–16
2.2×10^–20
 
（1）II中发生反应的离子方程式是                                               。
（2）II中将Fe²⁺氧化为Fe³⁺的目的是                                             。
（3）用K₃[Fe(CN)₆]（铁氰化钾）验证II中Fe²⁺是否转化完全的现象是                。
（4）III中发生反应的离子方程式是                                              。
通过计算说明在此条件下的溶液中Fe³⁺是否沉淀完全________________________(提示：当溶液中某离子浓度小于1.0×10^–5 mol/L时可认为该离子沉淀完全)。
（5）应用化学平衡移动原理解释IV中“滤液用稀硫酸酸化”的原因                  。

题型：未知 难度：其他题型

答案

（1）2Fe²⁺ +H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O   （2分） （2）在调节pH＝4时，只将Fe³⁺转化为沉淀除去，而不会使Cu²⁺转化为沉淀。（表述合理即可得分）      （2分）
（3）若有蓝色沉淀生成，说明Fe²⁺没有完全转化；若没有蓝色沉淀生成，说明Fe²⁺已经完全转化。（只答出其中一种情况，表述正确得满分。）    （1分）
（4）Fe³⁺+3H₂O

Fe(OH)₃+3H⁺  CuO+2H⁺＝Cu²⁺+ H₂O （或只书写第二个反应也可得分）
或2Fe³⁺+3CuO+3H₂O＝2Fe(OH)₃+3Cu²⁺       （2分）
c(Fe³⁺)＝

＝4.0×10^–8 mol·L^–1＜1.0×10^–5 mol·L^–1，故Fe³⁺沉淀完全  （2分）
（5）用稀硫酸酸化至pH＝1，可以抑制Cu²⁺在加热过程中水解，以获得纯净的硫酸铜晶体。（表述合理即可得分）    （1分）

解析

（1）由于溶液中含有亚铁离子，需要将其氧化为铁离子除去。双氧水具有氧化性，因此向滤液中滴加H₂O₂溶液，稍加热的目的是除去亚铁离子，反应的离子方程式为2Fe²⁺ +H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O。
（2）由于亚铁离子沉淀时的pH值大于铜离子沉淀时的pH值，而铁离子完全沉淀时的pH值是3.7，所以II中将Fe²⁺氧化为Fe³⁺的目的是在调节pH＝4时，只将Fe³⁺转化为沉淀除去，而不会使Cu²⁺转化为沉淀。
（3）由于铁氰化钾与亚铁离子结合产生蓝色沉淀，据此可以检验亚铁离子。即若有蓝色沉淀生成，说明Fe²⁺没有完全转化；若没有蓝色沉淀生成，说明Fe²⁺已经完全转化。
（4）氧化铜能消耗氢离子，降低溶液的酸性，从而产生氢氧化铁沉淀，因此反应的离子方程式为Fe³⁺+3H₂O

Fe(OH)₃+3H⁺  CuO+2H⁺＝Cu²⁺+ H₂O；氢氧化铁的溶度积常数是4.0×10^–38，则当溶液中OH^－等于10^－10mol/L时，则此时溶液中c(Fe^3＋)＝

＝4.0×10^－8 mol·L^－1＜1×10^－5 mol·L^－1，故Fe^3＋沉淀完全。
（5）由于铜离子水解，溶液显酸性，所以用稀硫酸酸化至pH＝1，可以抑制Cu²⁺在加热过程中水解，以获得纯净的硫酸铜晶体。

考点

据考高分专家说，试题“某同学用工业硫酸铜（含硫酸亚铁等杂质）制.....”主要考查你对 [离子共存 ]考点的理解。

离子共存

离子共存：

所谓离子共存实质上就是看离子间是否发生反应。若离子在溶液中发生反应，就不能共存。

因能发生氧化还原反应而不共存的离子有：
（注：“√”表示能发生反应，“×”表示不能发生反应）

S^2-

SO₃^2-

I^-

Fe²⁺

Br^-

Cl^-(H⁺)

MnO₄^-

√

√

√

√

√

√

ClO^-

√

√

√

√

√

√

NO₃^-(H⁺)

√

√

√

√

√

×

Fe³⁺

√

√

√

×

×

×

因能发生复分解反应而不共存的离子有：

• 离子间相互结合生成难溶物或微溶物
  Ba²⁺、Ca²⁺CO₃^2-、SO₃^2-、SO₄^2-Ag⁺CO₃^2-、SO₃^2-、Cl^-
• 离子间相互结合生成气体或挥发性物质
  H⁺CO₃^2-、HCO₃^-、SO₃^2-、HSO₃^-、S^2-、HS^-OH^-NH₄⁺
• 离子间相互结合生成弱电解质
  H⁺ CO₃^2-、SO₃^2-、S^2-、CH₃COO^-、F^-弱酸OH^-NH₄⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺弱碱H⁺水

因能发生双水解的离子有：

Al³⁺CO₃^2-、HCO₃^-、SO₃^2-、HSO₃^-、S₂^-、HS^-、AlO₂^-、ClO^-Fe³⁺CO₃^2-、HCO₃^-、AlO₂^-、ClO^-NH₄⁺SiO₃^2-、AlO₂^-

因发生络合反应而不共存的离子有：

Fe³⁺ SCN^-Ag⁺、Cu²⁺NH₃·H₂O

null

null

null

判断离子是否共存的几种情况：

（1）发生复分解反应，离子不能大量共存。
①有气体产生    如CO₃^2-、SO₃^2-、S^2-、HCO₃^-、HSO₃^-、HS^-等易挥发的弱酸的酸根与H⁺不能大量共存。
②有沉淀生成    如Ba²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Ag⁺等不能与SO₄^2-、CO₃^2-等大量共存；
                            Mg²⁺、Fe²⁺、Ag⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺等不能与OH^-大量共存；
                            Pb²⁺与Cl^-，Fe²⁺与S^2-、Ca²⁺与PO₄^3-、Ag⁺与I^-不能大量共存。
③有弱电解质生成   如OH^-、CH₃COO^-、PO₄^3-、HPO₄^2-、H₂PO₄^-、F^-、ClO^-、AlO₂^-、SiO₃^2-、CN^-、C₁₇H₃₅COO^-与H⁺不能大量共存；
                                   一些酸式弱酸根如HCO₃^-、HPO₄^2-、HS^-、H₂PO₄^-、HSO₃^-不能与OH^-大量共存；
                                    NH₄⁺与OH^-不能大量共存。
（2）发生氧化还原反应，离子不能大量共存
①具有较强还原性的离子不能与具有较强氧化性的离子大量共存    如S^2-、HS^-、SO₃^2-、I^-和Fe³⁺不能大量共存。
②在酸性或碱性的介质中由于发生氧化还原反应而不能大量共存    如MnO₄^-、Cr₂O₇^-、NO₃^-、ClO^-与S^2-、HS^-、SO₃^2-、HSO₃^-、I^-、Fe²⁺等不能大量共存；
    SO₃^2-和S^2-在碱性条件下可以共存，但在酸性条件下由于发生2S^2-+SO₃^2-+6H⁺=3S↓+3H₂O不能共存 ；H⁺与S₂O₃^2-不能大量共存。
（3）能水解的阳离子跟能水解的阴离子在水溶液中不能大量共存（双水解）
例：Al³⁺和HCO₃^-、CO₃^2-、HS^-、S^2-、AlO₂^-、ClO^-等；Fe³⁺与CO₃^2-、HCO₃^-、AlO₂^-、ClO^-等不能大量共存。
（4）溶液中能发生络合反应的离子不能大量共存。
如Fe²⁺、Fe³⁺与SCN^-不能大量共存。
主要题目要求的限定：
（1）酸性溶液（H⁺）、碱性溶液（OH^-）、能在加入铝粉后放出可燃气体的溶液、由水电离出的H⁺或OH^-=1×10^-10mol/L的溶液等。
（2）溶液的颜色：有色离子MnO₄^-（紫色）、Fe³⁺（棕黄）、Fe²⁺（浅绿）、Cu²⁺（蓝）、Fe(SCN)₂⁺（红）、Fe(SCN)₆^3-（血红）。
（3）要求“大量共存”还是“不能大量共存”。