I.硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料.以下是某工厂用含铁废铜为原料生产胆矾(CuSO4•5H2O)的生产流程示意图:

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  • 解题思路:Ⅰ.(1)由工艺流程图转化关系可知,红褐色滤渣的主要成分为氢氧化铁;

    (2)由工艺流程图转化关系可知,由于硫酸的存在,酸过量,硝酸全起氧化剂作用,酸为稀溶液,生成硫酸铜、NO、水;

    (3)由表中溶解度关系可知,胆矾溶解度随温度升高增大,而石膏的溶解度随温度升高降低,所以应控制在较高的温度,物质分离较完全,制备的胆矾较纯;

    (4)从溶液中分离出硫酸铜晶体应为将热溶液冷却结晶、过滤、洗涤、干燥;

    (5)确认Fe3+是否除净应注意铜离子的颜色造成的干扰;

    (6)一氧化氮循环使用可以利用一氧化氮和氧气再水溶液中反应生成硝酸,重新使用;

    Ⅱ.(1)铁有三种常见的氧化物:FeO、Fe2O3、Fe3O4

    (2)根据铁元素的化合价+2、+3价写出生成物的两种金属氯化物的化学式,然后再根据式子两边各元素的原子个数相等配平方程式,Fe3+与硫氰化钾溶液反应,使溶液变红色,据此解答;

    (3)氢氧化亚铁易被氧气氧化;

    (4)根据从硫酸钠溶液中分离出硫酸钠的方法分析操作过程;

    (5)根据反应的化学方程式进行分析.

    Ⅰ.(1)由工艺流程图转化关系可知,浸出液中加入石灰浆调节pH值,铁离子转化为Fe(OH)3沉淀析出,红褐色滤渣的主要成分为Fe(OH)3

    故答案为:Fe(OH)3

    (2)由于硫酸的存在,且酸过量,硝酸全起氧化剂作用,酸为稀溶液,生成硫酸铜、NO、水,

    反应方程式为3Cu+2HNO3+3H2SO4=3CuSO4+2NO↑+4H2O,

    故答案为:3Cu+2HNO3+3H2SO4=3CuSO4+2NO↑+4H2O;

    (3)由表中溶解度关系可知,胆矾溶解度随温度升高增大,而石膏的溶解度随温度升高降低,所以应控制在较高的温度,温度应该控制在100℃,制备的胆矾相对较纯,

    故答案为:100℃;

    (4)从溶液中分离出硫酸铜晶体应为将热溶液冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,

    故答案为:冷却结晶、过滤;

    (5)①方案一:取样于试管→滴加KSCN溶液,由于溶液中含有蓝色的铜离子会对现象干扰,不能检验铁离子的存在;方案二:径向层析→喷KSCN溶液,纸上层析是利用混合物中各组分在固定相和流动相中的溶解度不同而达到分离目的,不但可以分辨出铁离子还能辨别出含有铜离子,

    故答案为:方案二;

    ②取样于试管→滴加KSCN溶液,由于溶液中含有蓝色的铜离子会对现象干扰,不能检验铁离子的存在,

    故答案为:Cu2+的蓝色对检验有干扰;

    (6)一氧化氮气体有毒污染空气不能排放到大气中,可以利用一氧化氮和氧气在水溶液中吸收生成硝酸循环使用反应的化学方程式4NO+3O2+H2O=4HNO3

    故答案为:4NO+3O2+H2O=4HNO3

    Ⅱ.(1)铁有三种常见的氧化物:FeO、Fe2O3、Fe3O4

    故答案为:FeO、Fe2O3、Fe3O4

    (2)四氧化三铁与盐酸反应生成氯化亚铁、氯化铁与水,配平后方程式为Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O,

    Fe3+与硫氰化钾溶液反应,使溶液变红色,所以检验是否含Fe3+离子的方法为:取少量待测液,向其中加入硫氰化钾溶液,溶液变红色,说明滤液中含Fe3+,溶液不变红色,说明滤液中不含Fe3+

    故答案为:Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O;取待测液少许于试管中,加入适量的KSCN溶液,若溶液显血红色,则证明含Fe3+

    (3)Fe(OH)2不稳定,易被氧气氧化为Fe(OH)3,反应方程式为:4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

    故答案为:4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

    (4)氢氧化钠和硫酸亚铁溶液反应后生成氢氧化亚铁和硫酸钠,所以副产品是硫酸钠,由硫酸钠溶液变为失去结晶水的硫酸钠的过程为:加热浓缩,冷却,结晶,过滤,洗涤,即bcdae,

    故答案为:Na2SO4•10H2O(或芒硝,写Na2SO4也可);bcdae;

    (5)鼓入的空气应恰好与FeSO4完全反应,

    12.16 kg工业绿矾中含FeSO4的物质的量:[12160g×52.5%/152g/mol]=42mol,设鼓入空气的速率应为Vm3/h,

    根据:6 FeSO4~O2~2 Fe3O4

    6mol 22.4L

    42mol Vm3×103L/m3×1/5

    解得:V=0.784,

    故答案为:0.784.

    点评:

    本题考点: 制备实验方案的设计;难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质;铁的氧化物和氢氧化物;铜金属及其重要化合物的主要性质.

    考点点评: 本题为拼合型题目,题量大,对学生的心理素质有非常高的要求,考查学生对工艺流程的理解、阅读题目获取信息能力、物质分离提纯等基本操作、离子检验,化学计算等,难度中等,要求学生要有扎实的实验基础知识和灵活应用信息、基础知识解决问题的能力.