题目内容

7．某研究小组在实验室以含铁的铜屑为原料制备Cu（NO3）2•3H2O晶体，并进一步探究用SOCl2制备少量无水Cu（NO3）2．设计的合成路线如下：
已知：①Cu（NO3）2•3H2O$\stackrel{170℃}{→}$Cu（NO3）2•Cu（OH）2$\stackrel{200℃}{→}$CuO
②SOCl2熔点-105℃、沸点76℃、遇水剧烈水解生成两种酸性气体、水解强烈放热，
请回答：
（1）Cu与足量稀HNO3反应的化学方程式3Cu+8NHO3（稀）=3Cu（NO3）2+4H2O+2NO↑
（2）第②步调pH适合的物质是CuO或Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3（填化学式）．
（3）第③步包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等步骤，其中蒸发浓缩的具体操作是将溶液转移至蒸发皿中，控制温度（不高于170℃），加热至溶液表面形成一层晶膜．为得到较大颗粒的Cu（NO3）2•3H2O晶体，可采用的方法是形成一层晶膜减慢冷却结晶的速度（填一种）．
（4）第④步中发生的反应化学方程式是Cu（NO3）2•3H2O+3SOC12=Cu（NO3）2+3SO2↑+6HCI↑．
（5）第④步，某同学设计的实验装置示意图（如图1）有一处不合理，请提出改进方案并说明理由：在AB之间增加干燥装置，防止B中的水蒸气进入A中；装置改进后，向仪器A中缓慢滴加SOCl2时，需打开活塞b（填“a”、“b”或“a和b”）．反应过程中，可能会因温度过高而有副反应，写出两种有效措施控制SOC12滴下速度、将三颈烧瓶置于冰水浴中．
（6）为测定无水Cu（NO3）2产品的纯度，可用分光光度法．
已知：4NH3•H2O+Cu2+═Cu（NH3）42++4H2O；Cu（NH3）42+对特定波长光的吸收程度（用吸光度A表示）与Cu2+在一定浓度范围内成正比．现测得Cu（NH3）42+的吸光度A与Cu2+标准溶液浓度关系如图2所示：
准确称取0.315 0g无水Cu（NO3）2，用蒸馏水溶解并定容至100mL，准确移取该溶液10.00mL，加过量NH3•H2O，再用蒸馏水定容至100mL，测得溶液吸光度A=0.600，则无水Cu（NO3）2产品的纯度是89.5%（以质量分数表示）．

分析 含铁的铜屑用过量的硝酸溶解，得到的溶液为Cu（NO3）2、Fe（NO3）3的酸性溶液，条件pH沉淀铁离子，得到Cu（NO3）2溶液，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到Cu（NO3）2•3H2O晶体，与SOCl2制混合得到用无水Cu（NO3）2，
（1）铜与稀硝酸反应生成硝酸铜和NO和水；
（2）调节pH促进铁离子水解沉淀铁离子，不引入新杂质，同时不能沉淀铜离子，据此分析；
（3）根据题意，温度不能高于170℃，否则Cu（NO3）2•3H2O变质，出现晶膜后减慢结晶速度可得到较大颗粒的晶体；
（4）Cu（NO3）2•3H2O和SOC12发生反应生成硝酸铜、二氧化硫气体和氯化氢气体；
（5）A、B间缺少干燥装置；向三颈烧瓶中缓慢滴加SOC12时，需打开活塞b；控制SOC12滴下速度、冷水浴可降低温度，防止副反应的发生；
（6）由图可知，溶液吸光度A=0.600时，Cu2+标准溶液浓度为1.5×10-3mol/L，据此计算．

解答 解：（1）Cu与足量稀HNO3反应的化学方程式为3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+4H2O+2NO↑；
故答案为：3Cu+8NHO3（稀）=3Cu（NO3）2+4H2O+2NO↑；
（2）调节pH促进铁离子水解沉淀铁离子，不引入新杂质，同时不能沉淀铜离子，可选用CuO或Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3；
故答案为：CuO或Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3；
（3）根据题意，温度不能高于170℃，否则Cu（NO3）2•3H2O变质，故蒸发浓缩应将溶液转移至蒸发皿中，控制温度（不高于170℃），加热至溶液表面形成一层晶膜减慢冷却结晶的速度，可得到较大颗粒的Cu（NO3）2•3H2O晶体；
故答案为：将溶液转移至蒸发皿中，控制温度（不高于170℃），加热至溶液表面形成一层晶膜；形成一层晶膜减慢冷却结晶的速度；
（4）第④步中发生的反应为Cu（NO3）2•3H2O和SOC12发生反应生成硝酸铜、二氧化硫气体和氯化氢气体，化学方程式为：Cu（NO3）2•3H2O+3SOC12=Cu（NO3）2+3SO2↑+6HCI↑；
故答案为：Cu（NO3）2•3H2O+3SOC12=Cu（NO3）2+3SO2↑+6HCI↑；
（5）为防止B中的水蒸气进入A中，故在AB之间增加干燥装置；向三颈烧瓶中缓慢滴加SOC12时，需打开活塞b；控制SOC12滴下速度、将三颈烧瓶置于冰水浴可降低温度，防止温度过高副反应的发生；
故答案为：在AB之间增加干燥装置，防止B中的水蒸气进入A中；b；控制SOC12滴下速度、将三颈烧瓶置于冰水浴中；
（6）由图可知，溶液吸光度A=0.600时，Cu2+标准溶液浓度为1.5×10-3mol/L，则样品中Cu（NO3）2的质量为1.5×10-3mol/L×$\frac{100mL}{10mL}$×188g/mol=0.2820g，则无水Cu（NO3）2产品的纯度是$\frac{0.2820}{0.3150}×100%$=89.5%；
故答案为：89.5%．

点评 本题考查了物质的制备，涉及了元素的相关性质，实验设计，操作控制，方程式的书写、纯度的计算等，要求学生对物质基本性质的掌握，并加以灵活运用，题目难度中等．

练习册系列答案
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