Question

19．碱式碳酸铜可用于生产木材防腐剂等．工业上可用微蚀刻废液（含有一定量Cu²⁺、H⁺、SO₄^2-、H₂O₂和微量Fe³⁺）制备高纯度碱式碳酸铜，其制备过程如下：
（1）试剂1最好选用c．
a．Fe₂O₃    b．CaCO₃    C．CuO
（2）加入Na₂CO₃沉淀前须除去Fe³⁺，否则Fe₂（SO₄）₃会与Na₂CO₃反应，产生一种气体，同时生成NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂沉淀，影响产品质量，写出该反应的化学方程式6Na₂CO₃+3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O=2NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂+6CO₂↑+5Na₂SO₄．
（3）加入Na₂CO₃沉淀时，反应液pH对产品中SO₄^2-的含量以及反应液中Cu²⁺沉淀效率的影响如下图所示，第二次沉淀时溶液pH最好控制在8.5．
（4）所制得的碱式碳酸铜的组成可表示为：xCuCO₃•yCu（OH）₂•zH₂O，要测定其组成，甲同学设计的实验方案中需要如下五个步骤：①称取12.0克的样品；②高温分解；③测出生成CO₂的质量为2.2克；④测出生成水蒸气的质量为1.8克；⑤称量生成CuO的质量为8.0克．而乙同学认为除步骤②外，实验只需测定四个量中的部分数据即可，则合理的组合为①③④或①③⑤或③④⑤等（填序号，写一组即可）．根据你的选择，计算出碱式碳酸铜的组成，写出计算过程．CO₂的物质的量为$\frac{2.2g}{44g/mol}$=0.05mol、水的物质的量为$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol，生成CuO的物质的量为$\frac{8.0g}{80g/mol}$=0.1mol，根据原子守恒可知，碳、氢、铜的原子数目比为C：H：Cu=x：（2y+2z）：（x+y）=0.05：0.2：0.1，解得x：y：z=1：1：1，即样品的组成为CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O．

Answer 1

分析 电子工业中刻蚀线路板的酸性废液（含有一定量Cu²⁺、H⁺、SO₄^2-、H₂O₂和微量Fe³⁺）中加入CuO（或氢氧化铜、碳酸铜等）调节pH是铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤除去沉淀，在滤液中加碳酸钠，生成碱式碳酸铜，过滤得到碱式碳酸铜固体；
（1）氧化铜和稀硫酸反应生成硫酸铜和水；
（2）Fe₂（SO₄）₃与Na₂CO₃反应，产生的气体为CO₂，同时生成NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂沉淀，根据质量守恒定律，即反应前后元素种类不变，原子种类、总个数和质量都不变，可写出此反应的化学方程式；
（3）根据图中提供的信息可以判断相关方面的问题；
（4）依据质量守恒定律可知样品的总质量等于二氧化碳、氧化铜及水的质量和，则四个数值中只要有三个已知量即可求出另一个变量，借助原子守恒通过计算可计算出x、y、z的比值，确定碱式碳酸铜的组成．

解答 解：（1）加入试剂1的目的是除去废液中的酸性物质，试剂1最好选用氧化铜，这是因为氧化铜能够除去硫酸，不带入新的杂质，故选：c；
（2）根据质量守恒定律，反应的化学方程式为：6Na₂CO₃+3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O=2NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂+6CO₂↑+5Na₂SO₄，
故答案为：6Na₂CO₃+3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O=2NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂+6CO₂↑+5Na₂SO₄；
（3）由图3所示可知，溶液pH为8.5左右时，硫酸根离子含量最低，溶液中铜离子沉淀效率最高，因此第二次沉淀时溶液pH最好控制在8.5，
故答案为：8.5；
（4）只要知道样品的总质量、产物二氧化碳的质量、水的质量及氧化铜的质量中的三个数值即可计算出样品的组成，即只要知道①③④或①③⑤或③④⑤即可，由题中③测出生成CO₂的质量为2.2克；④测出生成水蒸气的质量为1.8克；⑤称量生成CuO的质量为8.0克，可知CO₂的物质的量为$\frac{2.2g}{44g/mol}$=0.05mol；水的物质的量为$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol；生成CuO的物质的量为$\frac{8.0g}{80g/mol}$=0.1mol，根据原子守恒可知，碳、氢、铜的原子数目比为C：H：Cu=x：（2y+2z）：（x+y）=0.05：0.2：0.1，解得x：y：z=1：1：1，即样品的组成为CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O，
故答案为：①③④或①③⑤或③④⑤等；CO₂的物质的量为$\frac{2.2g}{44g/mol}$=0.05mol、水的物质的量为$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol，生成CuO的物质的量为$\frac{8.0g}{80g/mol}$=0.1mol，根据原子守恒可知，碳、氢、铜的原子数目比为C：H：Cu=x：（2y+2z）：（x+y）=0.05：0.2：0.1，解得x：y：z=1：1：1，即样品的组成为CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O．

点评 本题考查了物质制备实验的操作与原理分析，涉及氧化还原反应原理的应用、物质组成的探究与计算，掌握物质性质是关键，题目难度中等．