Question

6．硝酸铜是常用的一种无机化学试剂
（1）工业上以粗铜为原料采取如图1所示流程制备硝酸铜晶体：

①在步骤a中，还需要通入氧气和水，其目的是将NO_x转化为硝酸，提高原料的利用率，减少污染物的排放
②在保温去铁的过程中，为使Fe³⁺沉淀完全，可以向溶液中加入CuO调节溶液的pH，根据下表数据，溶液的pH应保持在3.2--4.7范围

	氢氧化物开始沉淀时的pH	氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe3+	1.9	3.2
Cu2+	4.7	6.7

③在滤液蒸发浓缩步骤中，适当加入稀硝酸的作用是抑制加热过程中Cu²⁺的水解
（2）某研究学习小组将一定质量的硝酸铜晶体【Cu（NO₃）₂.6H₂O】放在坩埚中加热，在不同温度阶段进行质量分析，绘制出剩余固体质量分数与温度关系如图2所示．据图回答下列问题：
①当温度27℃＜T＜120℃时，反应的化学方程式为Cu（NO₃）₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•3H₂O+3H₂O
②剩余固体质量为38.4g时，固体成分为【Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂】当温度120℃＜T＜800℃时，反应的化学方程式为3Cu（NO₃）₂•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂+4NO₂↑+O₂↑+7H₂O （此温度下，HNO₃也分解）
③当剩余固体质量为21.6g时，固体的化学式为Cu₂O
（3）制备无水硝酸铜的方法之一是用Cu与液态N₂O₄反应，反应过程
中有无色气体放出，遇到空气变红棕色．反应的化学方程式是Cu+2N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑．

Answer 1

分析 （1）粗铜中加入稀硝酸，Fe、Cu和稀硝酸反应生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同时生成氮氧化物，氮氧化物和水反应生成硝酸，能循环利用，调节溶液的pH，将Fe（NO₃）₃转化为Fe（OH）₃沉淀，然后过滤得到滤渣，滤液为Cu（NO₃）₂溶液，向滤液中加入稀硝酸并调节溶液的pH，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硝酸铜晶体，
①氮氧化物和氧气、水反应生成硝酸，提高原料利用率；
②调节溶液的pH使氢氧化铁完全沉淀，铜离子不产生沉淀，据此判断溶液的pH；加入的物质不能引进新的杂质，且要将铁离子转化为沉淀，增大溶液的pH；
③酸性条件下能抑制铜离子水解；
（2）①根据图象可知，当温度27℃＜T＜120℃时，硝酸铜晶体【Cu（NO₃）₂.6H₂O】部分失去结晶水；
②根据上述分析，当温度27℃＜T＜120℃时，生成物为Cu（NO₃）₂•3H₂O，剩余固体质量38.4g时，固体成分为【Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂】，又因为此温度下HNO₃也分解，所以当温度120℃＜T＜800℃时，反应的化学方程式为3Cu（NO₃）₂•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂+4NO₂↑+O₂↑+7H₂O；
③根据纵坐标的数据关系；
（3）Cu与液态N₂O₄反应，反应过程中有无色气体放出，遇到空气变红棕色，说明生成物有NO．

解答 解：（1）粗铜中加入稀硝酸，Fe、Cu和稀硝酸反应生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同时生成氮氧化物，氮氧化物和水反应生成硝酸，能循环利用，调节溶液的pH，将Fe（NO₃）₃转化为Fe（OH）₃沉淀，然后过滤得到滤渣，滤液为Cu（NO₃）₂溶液，向滤液中加入稀硝酸并调节溶液的pH，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硝酸铜晶体，
①氮氧化物有毒，且NO不和水反应，通入氧气和水，氮氧化物和氧气、水反应生成硝酸，硝酸能循环利用，从而提高原料利用率，且减少污染物的排放，
故答案为：将NO_x转化为硝酸，提高原料的利用率，减少污染物的排放；
②调节溶液的pH使氢氧化铁完全沉淀，铜离子不产生沉淀，当溶液的pH在1.9～3.2之间，铁离子沉淀，而铜离子不产生沉淀，pH为4.7时铜离子产生沉淀，所以调节溶液的pH为3.2--4.7；
故答案为：3.2--4.7；
③铜离子水解生成氢氧化铜和氢离子，水解方程式为Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加入稀硝酸能抑制硝酸铜溶解，
故答案为：抑制加热过程中Cu²⁺的水解；
（2）①根据图象可知，当温度27℃＜T＜120℃时，硝酸铜晶体【Cu（NO₃）₂.6H₂O】部分失去结晶水，该反应的化学方程式为Cu（NO₃）₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•3H₂O+3H₂O↑
故答案为：Cu（NO₃）₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•3H₂O+3H₂O；
②根据上述分析，当温度27℃＜T＜120℃时，生成物为Cu（NO₃）₂•3H₂O，剩余固体质量38.4g时，固体成分为【Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂】，又因为此温度下HNO₃也分解，所以当温度120℃＜T＜800℃时，反应的化学方程式为3Cu（NO₃）₂•3H₂O=Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂+4NO₂↑+O₂↑+7H₂O，
故答案为：3Cu（NO₃）₂•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂+4NO₂↑+O₂↑+7H₂O；
③根据纵坐标的数据关系，当剩余固体质量为21.6g时，固体的化学式为Cu₂O；
故答案为：Cu₂O
（3）Cu与液态N₂O₄反应，反应过程中有无色气体放出，遇到空气变红棕色．反应的化学方程式是Cu+2 N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑，
故答案为：Cu+2 N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑．

点评 本题以铜和酸的反应为载体考查混合物的分离和提纯，根据物质的性质、基本操作从整体上分析流程图中各个步骤发生的反应，知道图2中曲线上、下区域表示的含义，注意盐类水解的影响因素，题目难度中等．