胆矾是一种常见的化合物，工业上它也是一种制取其它含铜化合物的原料，现有废铜来制备胆矾。有人设计了如下流程：pH值控制可参考下列数据物质开始沉淀

题文

胆矾是一种常见的化合物，工业上它也是一种制取其它含铜化合物的原料，现有废铜（主要杂质为Fe）来制备胆矾。有人设计了如下流程：



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）A可选用________（填字母）
a．稀H₂SO₄    b．浓H₂SO₄、加热    c．浓FeCl₃溶液    d．浓HNO₃
（2）Ⅰ中加H₂O₂的目的___________________________________________________。
（3）Ⅱ中加Cu₂（OH）₂CO₃的目的是___________________________________,
其优点是_____________________________________________________________。
（4）Ⅲ加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为___________________________。
（5）V中加H₂SO₄调节pH＝1是为了_________________________________________，
某工程师认为上述流程中所加的A物质并不理想，需作改进，其理由是______________，
若你是工程师，将对所加的A物质作何改进?请提出建议______________________。

题型：未知 难度：其他题型

答案

(1)b；(2分)    (2)将亚铁离子氧化为铁离子；（2分）  (3)除去过量的硫酸；不引入新的杂质；（2分）
(4)Fe³⁺+3H₂O

Fe(OH)₃↓+3H⁺；（2分）(5)抑制Cu²⁺的水解；(2分 )产生污染环境的二氧化硫，硫酸利用率低；（2分）  加热，并在稀硫酸中通入氧气。（注：本题为发散性试题，如有其它合理答案，酌情给分）（2分）

解析

本道题是一道工艺流程题。将理论与实际结合的一种转化。往往这类题起点高，但是落点低。工艺流程看似复杂，但考查的只是主要是化学反应原理。一旦与流程结合，题目要求就比较高了。
在这题中是用废铜（主要是Cu，但含有少量Fe）来制取胆矾。通常除杂的方法：转化成易分离的物质。通常是气体或者是沉淀。在这里是Fe、Cu两种固体。根据题目所给信息，Fe是转化成沉淀（氢氧化物的形式）而Fe存在两种价态，+2、+3。根据题目中所给信息的话，通过比较Fe(OH)₃和Fe(OH)₂这两种物质：一个是开始沉淀时的pH值和完全沉淀时的pH值。可以判断出Fe(OH)₃更容易沉淀，再结合Cu²⁺开始沉淀时的pH值，也可以得出使Fe转化为Fe(OH)₃更容易除去。因此判断出将Fe转化为三家铁后，Cu最终要转化为胆矾（CuSO₄·5H₂O）。显然要将Cu溶解后到CuSO₄中去。要将Cu完全溶解，所以使用的是浓H₂SO₄加热。在这个过程中不仅溶解Cu，还溶解Fe。Fe到FeSO₄或Fe₂(SO₄)₃或两者都有。所以为了确保Fe全转化为三价铁，再加入H₂O₂，目的是将二价铁转化为三价铁，在III中调节溶液pH值，在这个过程中加了Cu₂(OH)₂CO₃，目的应是调节溶液的酸碱性，原溶液中为了确保Cu、Fe全部溶解，可能硫酸过量。所以这里加Cu₂(OH)₂CO₃中和过量的硫酸，控制好溶液的pH值为3.7。刚好此时溶液中三价铁正全转化为Fe(OH)₃。接下来加热煮沸的目的，使没沉淀下来的三价铁沉淀完全。当三价铁沉淀完全后，再进行过滤，滤液中剩余的阳离子主要有Cu²⁺,阴离子有SO₄^2-。再加硫酸，调节溶液pH值=1，目的是抑制Cu²⁺的水解，再分别进行蒸发、冷却、结晶后，最终得到产品胆矾。
（1）A可选用浓H₂SO₄、加热，稀硫酸不能溶解Cu，而浓FeCl₃溶液、浓HNO₃会引入杂质。
（2）Ⅰ中加H₂O₂的目的将亚铁离子氧化为铁离子；H₂O₂与Fe²⁺发生氧化还原反应，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺易除去。
（3）Ⅱ中加Cu₂（OH）₂CO₃的目的是除去过量的硫酸；不引入新的杂质；
（4）Ⅲ加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为Fe³⁺+3H₂O

Fe(OH)₃↓+3H⁺；
（5）V中加H₂SO₄调节pH＝1是为了抑制Cu²⁺的水解；不调成强酸性溶液，在加热蒸发过程中，Cu²⁺水解加重。Cu与浓硫酸反应过程中会产生SO₂，会对污染环境。所以可以向稀硫酸中不断通氧气（或者加H₂O₂）并加热。

考点

据考高分专家说，试题“胆矾是一种常见的化合物，工业上它也是一种.....”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”。