Question

5．孔雀石的主要成分是Cu（OH）₂•CuCO₃ （其杂质主要为FeCO₃等），它用于制于胆矾的实验步骤如下：
①在100mL烧杯中加入3mol•L^-1稀硫酸12mL，加热，少量多次加入5～10g孔雀石粉，控制硫酸铜溶液的pH约为1.5～2.0，并加水稀释至35mL左右．
②滴加约4mL 3% H₂O₂，待滴加完后，用2mol•L^-1 NaOH溶液调节溶液的酸度，控制pH值为3.0～3.5，将溶液加热至沸数分钟，趁热过滤．
③水浴加热，蒸发结晶
④重结晶
试回答下列问题：
（1）步骤①中为什么要少量多次加入孔雀石粉？原料中Cu（OH）₂•CuCO₃的含量未知，少量多次加可以使两者接近于完全反应，避免其中一种过量太多，可以控制合适的pH值，减少后续过程氢氧化钠的加入量，从而减少杂质的引入；用硫酸浸取的化学方程式：Cu（OH）₂•CuCO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑．
（2）pH值控制为3.0～3.5，其目的是：使Fe³⁺沉淀完全，而Cu²⁺仍留在母液中
（3）为什么必须水浴加热及怎样判断蒸发浓缩已完成：因温度高时，CuSO₄•5H₂O会失去结晶水，当液面出现较多晶膜时即可说明蒸发浓缩已完成．
（4）将制得的样品用热重仪进行热重分析，热重仪原理及热重计录如下表：

写出212-250℃温度范围内发生反应的化学方程式：CuSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O．

Answer 1

分析 （1）孔雀石的主要成分是Cu（OH）₂•CuCO₃ （其杂质主要为FeCO₃等），制胆矾时要尽可能使硫酸与孔雀石恰好完全反应，减少杂质的引入；
（2）酸浸后溶液中有Fe³⁺、Cu²⁺，通过控制pH值除去Fe³⁺；
（3）温度高时，CuSO₄•5H₂O会失去结晶水，所以蒸发浓缩时温度不能太高，当液面出现较多晶膜时即可说明蒸发浓缩已完成；
（4）由图象中物质的变化情况分析硫酸铜晶体分解的最低温度，依据212-250℃温度范围内固体物质的质量数据进行分析即可，依据信息中关于反应的叙述书写方程式即可．

解答 解：（1）孔雀石的主要成分是Cu（OH）₂•CuCO₃ （其杂质主要为FeCO₃等），制胆矾时要尽可能使硫酸与孔雀石恰好完全反应，减少杂质的引入，因为原料中Cu（OH）₂•CuCO₃的含量未知，少量多次加可以使两者接近于完全反应，避免其中一种过量太多，可以控制合适的pH值，减少后续过程氢氧化钠的加入量，从而减少杂质的引入，酸溶的反应方程式为Cu（OH）₂•CuCO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑，
故答案为：原料中Cu（OH）₂•CuCO₃的含量未知，少量多次加可以使两者接近于完全反应，避免其中一种过量太多；可以控制合适的pH值，减少后续过程氢氧化钠的加入量，从而减少杂质的引入；Cu（OH）₂•CuCO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑；
（2）酸浸后溶液中有Fe³⁺、Cu²⁺，通过控制pH值除去Fe³⁺，所以pH值控制为3.0～3.5，
故答案为：使Fe³⁺沉淀完全，而Cu²⁺仍留在母液中；
（3）温度高时，CuSO₄•5H₂O会失去结晶水，所以蒸发浓缩时温度不能太高，当液面出现较多晶膜时即可说明蒸发浓缩已完成，
故答案为：因温度高时，CuSO₄•5H₂O会失去结晶水，当液面出现较多晶膜时即可说明蒸发浓缩已完成；
（4）由图分析可知，CuSO₄•5H₂O受热到45℃时开始脱水分解，212℃时可得到较稳定的一种中间物，在212℃时失去的水的质量为0.375g-0.267g=0.108g，根据反应的化学方程式：
CuSO₄•5H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄•（5-n）H₂O+nH₂O
250                             18n
0.375g                          0.108g   
解得n=4，212℃时可得到较稳定的一种中间物为CuSO₄•H₂O
248℃时可得到较稳定的一种中间物，根据反应的化学方程式：
CuSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄•（1-n）H₂O+nH₂O
178                              18n
0.267g                           0.267g-0.240g=0.027g
解得n=1，248℃时可得到较稳定的一种中间物为CuSO₄，212-250℃温度范围内发生反应的化学方程式为CuSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O，
故答案为：CuSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O．

点评 本题考查常见金属的单质及其化合物的应用和硫酸铜结晶水含量的测定，掌握物质的制取和提纯、离子的检验等实验操作，分析图象信息是完成本题目的关键，题目较为综合，难度中等．