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20. 某矿渣的成分为Cu2O、Al2O3、Fe2O3、FeO、SiO2,工业上用该矿渣获取铜和胆矾的操作流程如图:

化学试卷 02-10

【分析】
矿渣的成分为主要为Cu2O还有少量的Al2O3、Fe2O3、FeO、SiO2,加入稀硫酸经过反应I、过滤后得到的溶液中主要含有CuSO4、Al2(SO4)3、FeSO4,固体混合物A中主要成分为Cu和SiO2,滤液中加入NaClO可将Fe2+氧化为Fe3+并调节pH至3.7≤pH<4.0,将Fe3+沉淀,再加入NaOH调节pH至5.2≤pH<5.4,将Al3+沉淀,滤液再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到CuSO4·5H2O粗产品,据此分析解答问题;
【详解】(1)矿渣为固体,为了加快反应的速率,可以将固体粉碎,也可以适当升高反应的温度,或适当增大反应物H2SO4浓度,不断搅拌等;
(2)根据题给已知①和固体A为混合物,加入稀硫酸发生的反应I有:Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O、Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O、Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O、FeO+H2SO4=FeSO4+H2O、Cu+Fe2(SO4)3=CuSO4+2FeSO4,SiO2是酸性氧化物,不能与硫酸发生反应,因此发生反I后过滤出的固体混合物A中的成分是SiO2和Cu;
(3)从硫酸铜溶液中制取硫酸铜晶体的操作主要包括:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等;由于CuSO4溶解于水,且温度越高,溶解度越大,若用冰水既可以洗去晶体表面的杂质离子,又可以减少晶体的损失;
(4)NaClO具有强氧化性,Fe2+具有还原性,发生氧化还原反应,NaClO可将Fe2+氧化为Fe3+并调节pH至3.7≤pH<4.0,将Fe3+沉淀,故生成沉淀B为Fe(OH)3,该反应中Fe元素的化合价由+2价升至+3价,Fe2+为还原剂,ClO-为氧化剂,Cl元素的化合价由+1价降至-1价,根据得失电子守恒,氧化剂与还原剂物质的量之比为1:2;
(5)结合表格数据,Al3+完全沉淀时的pH为5.2,而Cu2+开始沉淀的pH为5.4,加入NaOH调节pH至5.2≤pH<5.4,将Al3+沉淀,而Cu2+不沉淀,答案:5.2≤pH<5.4。
【点睛】常见的金属阳离子以氢氧化物沉淀时需要调节溶液的pH,为了使其完全沉淀,调节pH一般从该离子沉淀时pH的上限开始,但不能超过溶液中要保留金属阳离子沉淀开始时pH的下限。

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