Question

一学习小组利用下图所示装置，对某含少量Fe的废铜屑进行铜含量的测定，并探究利用其制备硫酸铜溶液．

（1）向A中加入10g废铜屑样品，关闭弹簧夹，打开B活塞向A注入足量稀硫酸后关闭．此时装置C中发生的现象是______．
（2）反应进行到A中不再产生气泡时，若C中收集到448mL（已换算成标准状况）气体，则该废铜屑中铜的质量百分含量为______．
（3）拆除C、D装置后，打开弹簧夹，持续将空气通入A中，至A中固体全部消失，再继续通入一段时间空气后，关闭弹簧夹，停止通入空气．
①该过程中发生反应的离子方程式是______、______；
②为使A中固体加快溶解速率，以下方法运用合理的是______．
a．对A装置加热　　 b．向A内加入少量Fe₂O₃　　 c．向A内加入少量CuO
d．增大空气通入量　 e．向A内加入少量FeSO₄　　 f．向A内加入少量H₂O
（4）将A中溶液倒入烧杯内，加入Cu₂（OH）₂CO₃将其调节至pH=4时，溶液中铁被完全沉淀，过滤后即得红褐色沉淀与硫酸铜溶液，此过程离子反应方程式是______．
（5）有同学认为，可以不用测量气体法计算废铜屑中铜的质量百分含量，则其采用的方法是______，其具体操作步骤可续写为：______．

Answer 1

解：（1）A中的废铜屑含有铁加入稀硫酸反应生成氢气，装置C是排水量气装置，现象是C中液面下降，水被排到D中，
故答案为：水面下降，水顺长导管排入D中；
（2）10g废铜屑样品，反应进行到A中不再产生气泡时，若C中收集到448mL（已换算成标准状况）气体为氢气物质的量为0.02mol，Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，铁物质的量为0.02mol，质量为0.02mol×56g/mol=1.12g，该废铜屑中铜的质量百分含量=×100%=88.8%，
故答案为：88.8%；
（3）①拆除C、D装置后，打开弹簧夹，持续将空气通入A中，铁和硫酸反应生成的亚硫酸亚铁会被空气中的氧气氧化为硫酸铁，铁离子具有氧化性能氧化溶解铜，至A中固体全部消失反应的离子方程式为：4Fe²⁺+O₂ +4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，再继续通入一段时间空气后，关闭弹簧夹，停止通入空气，
故答案为：4Fe²⁺+O₂ +4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
②为使A中固体加快溶解速率，
a．对A装置加热，会加快反应速率，故a正确；
b．向A内加入少量Fe₂O₃，溶解后自动铁离子浓度会提高溶解铜的反应速率，故b正确；
c．向A内加入少量CuO，和硫酸反应不能加快溶解速率，故c错误；
d．增大空气通入量，自动氧气浓度可以提高反应速率，故d正确；
e．向A内加入少量FeSO₄，增大了亚铁离子浓度能加快反应速率，故e正确；
f．向A内加入少量H₂O，稀释溶液浓度，反应速率减小，故f错误；
故选abde；
（4）将A中溶液倒入烧杯内，加入Cu₂（OH）₂CO₃将其调节至pH=4时，溶液中铁被完全沉淀，过滤后即得红褐色沉淀与硫酸铜溶液，此过程离子反应方程式是
Cu₂（OH）₂CO₃+H⁺+Fe³⁺=2Cu²⁺+Fe（OH）₃↓+CO₂↑，
故答案为：Cu₂（OH）₂CO₃+H⁺+Fe³⁺=2Cu²⁺+Fe（OH）₃↓+CO₂↑；
（5）不用测量气体法，可以依据沉淀方法，测定沉淀氢氧化铁质量，计算铁元素质量，得到铜的质量，计算废铜屑中铜的质量百分含量，沉淀实验方法为：得到的氢氧化铁沉淀洗涤、干燥、称量、计算，
故答案为：测定沉淀法；将（4）中所得红褐色沉淀洗涤、干燥、称量、计算．
分析：（1）A中的废铜屑含有铁加入稀硫酸反应生成氢气，装置C是排水量气装置；
（2）10g废铜屑样品，反应进行到A中不再产生气泡时，若C中收集到448mL（已换算成标准状况）气体为氢气物质的量为0.02mol，Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，铁物质的量为0.02mol，质量为0.02mol×56g/mol=1.12g，计算得到铜的质量计算铜的质量分数；
（3）①拆除C、D装置后，打开弹簧夹，持续将空气通入A中，生成的亚铁离子被空气中 的氧气氧化为铁离子，铁离子和铜反应生成亚铁离子，至A中固体全部消失；
②加快A中的固体溶解速率增大，可以依据影响反应速率的因素分析；
（4）将A中溶液倒入烧杯内，加入Cu₂（OH）₂CO₃将其调节至pH=4时，溶液中铁被完全沉淀，过滤后即得红褐色沉淀与硫酸铜溶液，依据反应现象和反应物和产物分析书写离子方程式；
（5）依据题干信息不用测定气体体积，可以依据沉淀法测定沉淀质量计算铁元素质量来计算得到铜的质量分数．
点评：本题考查了物质性质的探究实验方法和实验设计，掌握物质性质和实验反应原理是解题关键，题目难度中等．