题目内容

为测定粗氧化铜(其中含少量氧化亚铁及不溶于酸的杂质)样品中CuO的质量分数,并制取胆矾晶体及测定胆矾晶体中晶体水的含量,某化学活动小组进行了下述实验:

已知Fe3+、Cu2+、Fe2+ 三种离子在水溶液中形成氢氧化物沉淀的pH范围如图所示:

请回答下列问题:
(1)在整个实验过程中,下列实验装置中不可能用到的是
 
(填编号)

(2)溶液A中的所含溶质为
 
.
(3)物质X应选用
 
(填字母)
A、氢氧化钠B、双氧水C、铁粉D、高锰酸钾
(4)从溶液C到制得硫酸铜晶体,其实验操作步骤是:
 
、冷却结晶、
 
、自然干燥.
(5)在测定所得胆矾(CuSO4?xH2O)中结晶水x值的实验过程中:称量操作至少进行
 
次若测定结果x值偏大,可能的原因是
 
.
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)样品中CuO的质量分数为
 
(用含m的代数式表示).
考点:探究物质的组成或测量物质的含量
专题:
分析:粗氧化铜(其中含少量氧化亚铁及不溶于酸的杂质)加入足量的稀硫酸,氧化亚铁和氧化铜与稀硫酸反应生成硫酸亚铁、硫酸铜,则沉淀Ⅰ为不溶物,溶液A中溶质为FeSO4、CuSO4、H2SO4;需要获得纯净的硫酸铜晶体,应该先除去亚杂质铁离子、铁离子,由于亚铁离子完全沉淀的pH=9.6,此时铜离子也完全沉淀,而铁离子完全沉淀的pH=3.7,此时铜离子没有生成沉淀,所以应该加入X将亚铁离子氧化成铁离子,并且选用的氧化剂不能引进杂质离子,不能产生污染大气的气体,所以试剂X为双氧水;B溶液中含有铁离子和铜离子,加入氢氧化铜固体调节溶液的pH,使铁离子转化成氢氧化铁沉淀而除去,则沉淀Ⅱ为氢氧化铁;溶液C为硫酸铜溶液,然后通过加热浓缩、冷却结晶、过滤、自然干燥的操作方法获得硫酸铜晶体,
(1)根据实验流程可知,涉及的操作有过滤、蒸发等操作,不会用到②③;
(2)根据物质的性质和药品的用量来分析;
(3)获得纯净的硫酸铜晶体,选用除去铁离子和亚铁离子,由于亚铁离子不易完全除去,应该使用氧化剂将亚铁离子氧化成铁离子,并且选用的氧化剂不能引进杂质离子、不能污染空气,据此进行解答;
(4)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;
(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)根据质量守恒,利用关系式法计算质量分数.
解答: 解:粗氧化铜(其中含少量氧化亚铁及不溶于酸的杂质)加入足量的稀硫酸,氧化亚铁和氧化铜与稀硫酸反应生成硫酸亚铁、硫酸铜,则沉淀Ⅰ为不溶物,溶液A中溶质为FeSO4、CuSO4、H2SO4;需要获得纯净的硫酸铜晶体,应该先除去亚杂质铁离子、铁离子,由于亚铁离子完全沉淀的pH=9.6,此时铜离子也完全沉淀,而铁离子完全沉淀的pH=3.7,此时铜离子没有生成沉淀,所以应该加入X将亚铁离子氧化成铁离子,并且选用的氧化剂不能引进杂质离子,不能产生污染大气的气体,所以试剂X为双氧水;B溶液中含有铁离子和铜离子,加入氢氧化铜固体调节溶液的pH,使铁离子转化成氢氧化铁沉淀而除去,则沉淀Ⅱ为氢氧化铁;溶液C为硫酸铜溶液,然后通过加热浓缩、冷却结晶、过滤、自然干燥的操作方法获得硫酸铜晶体,
(1)实验中用到的化学操作有称量、过滤和蒸发,用到的仪器有:①④⑤,不会用到装置②③,
故答案为:②③;
(2)氧化铜和氧化亚铁分别与硫酸反应生成硫酸铜和硫酸亚铁,又硫酸过量,则溶质A的主要成分为:FeSO4、CuSO4、H2SO4,
故答案为:FeSO4、CuSO4、H2SO4;
(3)根据实验流程可知,测量氧化铜含量,需要获得纯净的硫酸铜晶体,应该先除去亚杂质铁离子、铁离子,由于亚铁离子完全沉淀的pH=9.6,此时铜离子也完全沉淀,而铁离子完全沉淀的pH=3.7,此时铜离子没有生成沉淀,所以应该加入X将亚铁离子氧化成铁离子,并且选用的氧化剂不能引进杂质离子,不能产生污染大气的气体,所以应该选用B.双氧水,
故答案为:B;
(4)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,
故答案为:加热浓缩;过滤;
(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:4;ad;
(6)根据实验流程可知:沉淀II为Fe(OH)3,氢氧化铁的质量为m3g,根据铁元素守恒:FeO~FeSO4~Fe(OH)3,可知样品中FeO的质量应为:
72×m3
107
,
所以样品中CuO的质量为:m1-m2-
72×m3
107
,故粗氧化铜样品中CuO的质量分数为:
m1-m2-
m3
107
×72
m1
×100%
,
故答案为:
m1-m2-
m3
107
×72
m1
×100%
.
点评:本题为物质的组成探究题,题目难度中等,做题时注意分析实验流程,掌握物质的性质和实验基本操作方法,试题知识点较多、综合性较强,充分考查了学生的分析、理解能力.
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