Question

氧化銅有多種用途，如用作玻璃著色劑、油類脫硫劑等。為獲得純凈的氧化銅，某同學用工業硫酸銅(含硫酸亞鐵等雜質)進行如下實驗：

經查閱資料得知，在溶液中通過調節溶液的酸堿性而使Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺分別生成沉淀的pH如下：

物質	Cu(OH)2	Fe(OH)2	Fe(OH)3
開始沉淀pH	6.0	7.5	1.4
沉淀完全pH	13	14	3.7

⑴ 步驟Ⅰ的目的是除不溶性雜質。所需操作的名稱是________、________。
⑵ 步驟Ⅱ的目的是除硫酸亞鐵。操作步驟是先滴加H₂O₂溶液，稍加熱，當Fe²⁺轉化完全后，慢慢加入Cu₂(OH)₂CO₃粉末，攪拌，以調整溶液pH在一定范圍之內，加熱煮沸一段時間，過濾，用稀硫酸酸化濾液至pH=1。
①寫出用H₂O₂溶液除去硫酸亞鐵的離子方程式____________________________。
②調整pH 的范圍應該在____________之間。
⑶ 步驟Ⅲ的目的是得到CuSO₄·5H₂O晶體。操作是將溶液加熱蒸發至有晶膜出現時，停止加熱，_____________，水浴加熱烘干。采用水浴加熱的原因是____                       。
⑷ 該同學用CuSO₄溶液進行如下探究實驗：取A、B兩支試管，分別加入 2 mL  5%H₂O₂溶液，再向H₂O₂溶液中分別滴入0.1 mol·L^－１ FeCl₃和CuSO₄溶液各1 mL，搖勻，觀察到滴入FeCl₃ 溶液的試管產生氣泡更快，由此得到結論：Fe³⁺對H₂O₂溶液分解的催化效率比Cu²⁺高，該同學的結論是否正確________（填正確或錯誤），請說明原因                           。
（5）16克硫酸銅固體投入水中形成1升溶液，則該溶液顯      性（填“酸性”或“堿性”或“中性”），溶液中所有陽離子總數        0.1N_A（填“等于”或“大于”或“小于”），若在上述新配制溶液加入稀硫酸再加入鐵片產生氫氣速率會明顯加快，原因是             ；室溫下、若在上述新配制溶液中加入氫氧化鈉稀溶液充分攪拌有淺藍色氫氧化銅沉淀生成，當溶液的pH=8時c（Cu²⁺）=________________mol·L^-1（K_ap[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20）。

Answer 1

（17分）⑴ 溶解(2分)、過濾(2分)  ⑵①2Fe²⁺+H₂O₂ +2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O(3分)      ②3.7-6.0(2分)
⑶ 冷卻結晶(2分)  防止CuSO₄·5H₂O晶體分解(2分)
⑷ 錯誤 (1分)  根據控制變量的思想，所用溶液的陰離子不同，無法比較陽離子的催化效率(2分)
（5）酸性 大于 形成原電池  2.2×10^-8

解析試題分析：（1）步驟Ⅰ的目的是除不溶性雜質，所以所需操作的名稱是溶解和過濾。
（2）①雙氧水具有氧化性，能把亞鐵離子氧化生成鐵離子，則H₂O₂溶液除去硫酸亞鐵的離子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂ +2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O。
②氫氧化銅開始沉淀的pH是6。0，氫氧化鐵完全沉淀的pH是3.7，所以調整pH 的范圍應該在3.7～6.0之間。
（3）溶液加熱蒸發至有晶膜出現時，停止加熱，然后冷卻結晶即可。水浴加熱便于控制溫度，可以防止CuSO₄·5H₂O晶體分解。
（4）根據控制變量的思想，所用溶液的陰離子不同，無法比較陽離子的催化效率，所以結論是錯誤的。
（5）硫酸銅溶于水，銅離子水解，溶液顯酸性。由于1個銅離子水解生成2個氫離子，所以溶液中陽離子總數是增加的。鐵能和硫酸銅發生置換反應，生成銅，從而構成原電池，加快反應速率。溶液的pH＝8，則溶液中OH^－的濃度是10^－6mol/L，則根據氫氧化銅的溶度積常數可知，溶液中c（Cu²⁺）＝。
考點：考查化學基本實驗操作、離子方程式的書寫、離子的沉淀、外界條件對反應速率的影響以及溶度積常數的計算和應用
點評：該題是高考中的常見題型，難度大，對學生的要求高。有利于培養學生規范嚴謹的實驗設計能力以及評價能力。該類試題綜合性強，理論和實踐的聯系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學生必須認真、細致的審題，聯系所學過的知識和技能，進行知識的類比、遷移、重組，全面細致的思考才能得出正確的結論。