Question

10．硫酸銅、硝酸鐵都是重要的化工原料．
（1）以下是某工廠用含鐵的廢銅為原料生產(chǎn)膽礬（CuSO₄•5H₂O）的生產(chǎn)流程示意圖：

膽礬和石膏在不同溫度下的溶解度（g/100g水）見下表．

溫度（℃）	20	40	60	80	100
石膏	0.32	0.26	0.15	0.11	0.07
膽礬	32	44.6	61.8	83.8	114

請(qǐng)回答下列問題：
①紅褐色濾渣的主要成分是Fe（OH）₃；
②寫出浸出過程中生成硝酸銅的化學(xué)方程式3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
③操作I的溫度應(yīng)該控制在100℃左右；
④從溶液中分離出硫酸銅晶體的操作II應(yīng)為將熱溶液冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．
（2）某興趣小組在實(shí)驗(yàn)室利用圖（a）和（b）中的信息，按圖（c）裝置（連通的A、B瓶中已充有NO₂氣體）進(jìn)行Fe（NO₃）₃對(duì)H₂O₂分解速率影響的實(shí)驗(yàn)．5min后可觀察到B瓶中氣體顏色比A瓶中的深（填“深”或“淺”），其原因是Fe（NO₃）₃在H₂O₂分解反應(yīng)中起催化作用．從圖a知H₂O₂的分解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從圖b也知2NO₂?N₂O₄反應(yīng)為放熱反應(yīng)，B瓶中H₂O₂在Fe（NO₃）₃催化劑的作用下分解快，相同時(shí)間內(nèi)放熱多，因此B瓶所處溫度高，2NO₂?N₂O₄平衡逆向移動(dòng)，NO₂濃度大，顏色深．

Answer 1

分析 （1）含鐵的廢銅為原料加入稀硫酸和稀硝酸的混合溶液，溶解后得到浸出液，在浸出液中主要含有Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺、SO₄^2-，加入石灰漿調(diào)節(jié)溶液PH沉淀鐵離子，過濾得到紅褐色濾渣為氫氧化鐵沉淀，依據(jù)石膏和藍(lán)礬的溶解度，控制100°C，濾液中析出石膏，濾液中主要為硫酸銅，通過加熱蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌，干燥得到硫酸銅晶體；
①由工藝流程圖轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，紅褐色濾渣的主要成分為氫氧化鐵；
②由工藝流程圖轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，由于硫酸的存在，酸過量，硝酸全起氧化劑作用，酸為稀溶液，生成硫酸銅、NO、水；
③由表中溶解度關(guān)系可知，膽礬溶解度隨溫度升高增大，而石膏的溶解度隨溫度升高降低，所以應(yīng)控制在較高的溫度，物質(zhì)分離較完全，制備的膽礬較純；
④從溶液中分離出硫酸銅晶體應(yīng)為將熱溶液冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；
（2）由圖a可知，1mol過氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過氧化氫分解是放熱反應(yīng)，由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以圖c中，右側(cè)燒杯的溫度高于左側(cè)，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無(wú)色）△H＜0，向逆反應(yīng)方向移動(dòng)．

解答 解：（1）①由工藝流程圖轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，浸出液中加入石灰漿調(diào)節(jié)pH值，鐵離子轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀析出，紅褐色濾渣的主要成分為Fe（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃；
②由于硫酸的存在，且酸過量，硝酸全起氧化劑作用，酸為稀溶液，生成硫酸銅、NO、水，反應(yīng)方程式為3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
③由表中溶解度關(guān)系可知，膽礬溶解度隨溫度升高增大，而石膏的溶解度隨溫度升高降低，所以應(yīng)控制在較高的溫度，溫度應(yīng)該控制在100℃，制備的膽礬相對(duì)較純．
故答案為：100℃；
④從溶液中分離出硫酸銅晶體應(yīng)為將熱溶液冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，故答案為：冷卻結(jié)晶；過濾；
（2）由圖a可知，1mol過氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過氧化氫分解是放熱反應(yīng)，由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，F(xiàn)e（NO₃）₃在H₂O₂分解反應(yīng)中起催化作用．從圖a知H₂O₂的分解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從圖b也知2NO₂?N₂O₄ 反應(yīng)為放熱反應(yīng)，B瓶中H₂O₂在Fe（NO₃）₃催化劑的作用下分解快，相同時(shí)間內(nèi)放熱多，因此B瓶所處溫度高，2NO₂?N₂O₄ 平衡逆向移動(dòng)，NO₂濃度大，顏色變深；
故答案為：深；Fe（NO₃）₃在H₂O₂分解反應(yīng)中起催化作用．從圖a知H₂O₂的分解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從圖b也知2NO₂?N₂O₄ 反應(yīng)為放熱反應(yīng)，B瓶中H₂O₂在Fe（NO₃）₃催化劑的作用下分解快，相同時(shí)間內(nèi)放熱多，因此B瓶所處溫度高，2NO₂?N₂O₄ 平衡逆向移動(dòng)，NO₂濃度大，顏色變深．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息能力、物質(zhì)分離提純等基本操作、作圖能力、化學(xué)平衡影響因素分析恒容平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用等，難度中等，要求學(xué)生要有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)和靈活應(yīng)用信息、基礎(chǔ)知識(shí)解決問題的能力．