Question

20．孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃（含少量FeO、Fe₂O₃、SiO₂）．某小组同学在实验室以孔雀石为原料制备胆矾，并测定所得胆矾中结晶水的含量．实验步骤如下：

（提供试剂：NaOH溶液、H₂O₂溶液、CuO、Na₂CO₃）
完成下列填空：
（1）孔雀石的主要成分与稀硫酸反应的离子方程式为Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑．
（2）按试剂加入顺序，w所代表的试剂依次为H₂O₂溶液、CuO．沉淀B的成分为Fe（OH）₃、CuO．
（3）a操作依次为：加热蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、自然干燥．除烧杯、漏斗之外过滤还需要另一玻璃仪器，该仪器在此操作中的主要作用是引流．
（4）欲检验溶液A中Fe²⁺的试剂是d（选填序号）．如果测定Fe²⁺的含量，需要用容量瓶配制某标准溶液，请简述配置中“定容”的操作：
加水到离刻度线2～3cm处改用胶头滴管滴加蒸馏水，直到凹液面的最低线与刻度线相平．
a、NaOH（aq） b、Na₂CO₃（aq） c、淀粉KI（aq） d、酸性KMnO₄（aq）
（5）在测定所得胆矾（CuSO₄•xH₂O）中结晶水x值的实验过程中，若测定结果的实验误差为1.5%，可能的原因是a、d．
a、加热温度过高               b、胆矾晶体的颗粒较大
c、加热后放在空气中冷却         d、加热胆矾晶体时有晶体从坩埚中溅出
（6）该小组一位同学根据实验结果求出样品中孔雀石的质量分数为：$\frac{{m}_{2}}{250}$×$\frac{222}{2{m}_{1}}$，另一位同学不同意，其原因是在除杂过程中加入了CuO，会使结果偏大．

Answer 1

分析 m₁g孔雀石的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃（含少量FeO、Fe₂O₃、SiO₂），加入稀硫酸过滤得到滤渣二氧化硅和溶液A为硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸铁，加入W为过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入氧化铜调节溶液的PH沉淀铁离子，过滤得到沉淀B为氢氧化铁和过量的氧化铜，溶液B为硫酸铜溶液，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥得到硫酸铜晶体m₂g，受热失去结晶水得到硫酸铜固体m₃g，
（1）根据推导可知，E是二氧化碳，碱式碳酸铜和硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳；
（2）流程中分析可知，W为加入氧化剂氧化亚铁离子，加入氧化铜调节溶液PH使铁离子全部沉淀，过滤得到沉淀B为氢氧化铁和氧化铜；
（3）从溶液中获得硫酸铜晶体，直接加热会导致硫酸铜失去结晶水，应该采用加热浓缩、冷却结晶、过滤、自然干燥的操作方法；过滤中需要玻璃棒引流；
（4）Fe³⁺的检验方法为：取待测液于试管中，向待测溶液中加入KSCN溶液，溶液立刻变成红色说明溶液中有Fe³⁺，即Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃；根据常见离子的颜色判断Fe³⁺（黄色）；Fe³⁺与OH^-反应生成红褐色Fe（OH）₃；Fe²⁺的检验方法为：再取待测液于试管中，加KSCN溶液没有明显现象，加入氯水溶液变成红色，说明溶液只有Fe²⁺；根据常见离子的颜色判断Fe²⁺（浅绿色）；向Fe²⁺溶液中加入NaOH溶液后，观察到生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色；Fe²⁺能使酸性KMnO₄溶液褪色，注意混合溶液中亚铁离子检验需要注意现象的相互干扰，据此即可解答，A中含有铁离子和亚铁离子；
（5）应称量坩埚的质量，坩埚和晶体的质量，加热后坩埚的质量，加热后再称量一次坩埚的质量，判断质量是否发生变化，共称量4次；
a．加热温度过高，会导致硫酸铜分解，质量变化较大；            
b．胆矾晶体的颗粒较大，会导致晶体解热分解不完全，质量变化偏小，结果偏小；
c．加热后放在空气中冷却，会吸收空气中的水重新形成晶体，结果偏小；    
d．胆矾晶体溅出，导致结晶水含量增大；
（6）胆矾中的铜元素来自样品和调节pH时加入的氧化铜．

解答 解：（1）根据推导可知，E是二氧化碳，碱式碳酸铜和硫酸反应生成硫酸铜、水和二氧化碳，反应的离子方程式为：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑，
故答案为：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑；
（2）按试剂加入顺序，w所代表的试剂依次为加入氧化剂过氧化氢氧化亚铁离子，不引入其他杂志离子，加入氧化铜调节溶液PH使铁离子全部沉淀，过滤得到沉淀B为Fe（OH）₃、CuO，
故答案为：H₂O₂溶液、CuO；Fe（OH）₃、CuO；
（3）从溶液C中获得硫酸铜晶体，直接加热蒸干会导致硫酸铜失去结晶水，应该采用的操作方法为：加热浓缩、冷却结晶、过滤、自然干燥，除烧杯、漏斗之外过滤还需要另一玻璃仪器为玻璃棒，该仪器在此操作中的主要作用是引流，
故答案为：冷却结晶，自然干燥；引流；
（4）溶液A中含亚铁离子和铁离子，
a、NaOH溶液，向Fe²⁺溶液中加入NaOH溶液后，Fe²⁺与OH^-反应生成Fe（OH）₂，Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓，Fe（OH）₂不稳定易被氧气氧化为Fe（OH）₃，4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，白色的Fe（OH）₂沉淀变成红褐色Fe（OH）₃，向Fe²⁺溶液中加入NaOH溶液后，观察到生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色；Fe³⁺与OH^-反应Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，生成红褐色Fe（OH）₃，两者反应现象干扰，不能检验该溶液中存在Fe²⁺，故a错误； 
b、Na₂CO₃（aq） 和亚铁离子生成沉淀，和铁离子双水解生成氢氧化铁沉淀和二氧化碳，溶液浑浊不能检验亚铁离子，故b错误；
c、淀粉KI（aq） 和铁离子发生氧化还原反应生成碘单质和亚铁离子，溶液颜色相近不能鉴别亚铁离子，故c错误；
d、酸性KMnO₄（aq），因为Fe²⁺具有较强的还原性能使酸性KMnO₄溶液褪色，Fe³⁺不能，故能够用酸性KMnO₄溶液鉴别Fe²⁺和Fe³⁺，故d正确；
如果测定Fe²⁺的含量，需要用容量瓶配制某标准溶液，加水到离刻度线2～3cm处改用胶头滴管滴加蒸馏水，直到凹液面的最低线与刻度线相平，
故答案为：d；加水到离刻度线2～3cm处改用胶头滴管滴加蒸馏水，直到凹液面的最低线与刻度线相平；
（5）测定所得胆矾（CuSO₄•xH₂O）中结晶水x值，应称量坩埚的质量，坩埚和晶体的质量，加热后坩埚的质量，加热后再称量一次坩埚的质量，判断质量是否在误差允许范围内及两次值是否相差不超过0.1g，所以至少称量4次；
a．加热温度过高，会导致硫酸铜分解，质量变化较大，导致结果偏大，故a正确；            
b．胆矾晶体的颗粒较大，会导致晶体解热分解不完全，质量变化偏小，结果偏小，故b错误；
c．加热后放在空气中冷却，会吸收空气中的水重新形成晶体，导致测定结果偏小，故c错误；    
d．加热胆矾晶体时有晶体从坩埚中溅出，导致测定的结晶水的质量偏大，测定的x值偏大，故d正确；
故答案为：ad；
（6）向溶液中加入CuO调节溶液的pH，沉淀II为Fe（OH）₃，所以胆矾中的铜元素不是都来自样品，因此该小组一位同学根据实验结果求出样品中CuO的质量分数偏大，
故答案为：在除杂过程中加入了CuO，会使结果偏大．

点评 本题考查了物质制备的过程分析判断，主要是杂质离子的分离、离子性质的理解应用、实验误差分析应用，明确流程为解题关键，题目难度中等．