Question

膽礬是一種常見的化合物，工業上它也是一種制取其它含銅化合物的原料，現有廢銅（主要雜質為Fe）來制備膽礬。有人設計了如下流程：

pH值控制可參考下列數據

物質	開始沉淀時的pH值	完全沉淀時的pH值
氫氧化鐵	2.7	3.7
氫氧化亞鐵	7.6	9.6
氫氧化銅	5.2	6.4

 
請根據上述流程回答下列問題：
（1）A可選用________（填字母）
a．稀H₂SO₄    b．濃H₂SO₄、加熱    c．濃FeCl₃溶液    d．濃HNO₃
（2）Ⅰ中加H₂O₂的目的___________________________________________________。
（3）Ⅱ中加Cu₂（OH）₂CO₃的目的是___________________________________,
其優點是_____________________________________________________________。
（4）Ⅲ加熱煮沸時發生的化學反應的離子方程式為___________________________。
（5）V中加H₂SO₄調節pH＝1是為了_________________________________________，
某工程師認為上述流程中所加的A物質并不理想，需作改進，其理由是______________，
若你是工程師，將對所加的A物質作何改進?請提出建議______________________。

Answer 1

(1)b；(2分)    (2)將亞鐵離子氧化為鐵離子；（2分）  (3)除去過量的硫酸；不引入新的雜質；（2分）
(4)Fe³⁺+3H₂OFe(OH)₃↓+3H⁺；（2分）(5)抑制Cu²⁺的水解；(2分 )產生污染環境的二氧化硫，硫酸利用率低；（2分）  加熱，并在稀硫酸中通入氧氣。（注：本題為發散性試題，如有其它合理答案，酌情給分）（2分）

試題分析：本道題是一道工藝流程題。將理論與實際結合的一種轉化。往往這類題起點高，但是落點低。工藝流程看似復雜，但考查的只是主要是化學反應原理。一旦與流程結合，題目要求就比較高了。
在這題中是用廢銅（主要是Cu，但含有少量Fe）來制取膽礬。通常除雜的方法：轉化成易分離的物質。通常是氣體或者是沉淀。在這里是Fe、Cu兩種固體。根據題目所給信息，Fe是轉化成沉淀（氫氧化物的形式）而Fe存在兩種價態，+2、+3。根據題目中所給信息的話，通過比較Fe(OH)₃和Fe(OH)₂這兩種物質：一個是開始沉淀時的pH值和完全沉淀時的pH值。可以判斷出Fe(OH)₃更容易沉淀，再結合Cu²⁺開始沉淀時的pH值，也可以得出使Fe轉化為Fe(OH)₃更容易除去。因此判斷出將Fe轉化為三家鐵后，Cu最終要轉化為膽礬（CuSO₄·5H₂O）。顯然要將Cu溶解后到CuSO₄中去。要將Cu完全溶解，所以使用的是濃H₂SO₄加熱。在這個過程中不僅溶解Cu，還溶解Fe。Fe到FeSO₄或Fe₂(SO₄)₃或兩者都有。所以為了確保Fe全轉化為三價鐵，再加入H₂O₂，目的是將二價鐵轉化為三價鐵，在III中調節溶液pH值，在這個過程中加了Cu₂(OH)₂CO₃，目的應是調節溶液的酸堿性，原溶液中為了確保Cu、Fe全部溶解，可能硫酸過量。所以這里加Cu₂(OH)₂CO₃中和過量的硫酸，控制好溶液的pH值為3.7。剛好此時溶液中三價鐵正全轉化為Fe(OH)₃。接下來加熱煮沸的目的，使沒沉淀下來的三價鐵沉淀完全。當三價鐵沉淀完全后，再進行過濾，濾液中剩余的陽離子主要有Cu²⁺,陰離子有SO₄^2-。再加硫酸，調節溶液pH值=1，目的是抑制Cu²⁺的水解，再分別進行蒸發、冷卻、結晶后，最終得到產品膽礬。
（1）A可選用濃H₂SO₄、加熱，稀硫酸不能溶解Cu，而濃FeCl₃溶液、濃HNO₃會引入雜質。
（2）Ⅰ中加H₂O₂的目的將亞鐵離子氧化為鐵離子；H₂O₂與Fe²⁺發生氧化還原反應，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺易除去。
（3）Ⅱ中加Cu₂（OH）₂CO₃的目的是除去過量的硫酸；不引入新的雜質；
（4）Ⅲ加熱煮沸時發生的化學反應的離子方程式為Fe³⁺+3H₂OFe(OH)₃↓+3H⁺；
（5）V中加H₂SO₄調節pH＝1是為了抑制Cu²⁺的水解；不調成強酸性溶液，在加熱蒸發過程中，Cu²⁺水解加重。Cu與濃硫酸反應過程中會產生SO₂，會對污染環境。所以可以向稀硫酸中不斷通氧氣（或者加H₂O₂）并加熱。