Question

16．0.80gCuSO₄•5H₂O样品受热脱水过程的热重曲线（样品质量随温度变化的曲线）如图1所示．

请回答下列问题：
（1）试确定200℃时固体物质的化学式CuSO₄•H₂O（要求写出推断过程）；
（2）取270℃所得样品，于570℃灼烧得到的主要产物是黑色粉末和一种氧化性气体，该反应的化学方程式为CuSO₄$\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑，把该黑色粉末溶解于稀硫酸中，经浓缩、冷却，有晶体析出，该晶体的化学式为CuSO₄•5H₂O，其存在的最高温度是102℃；
（3）在0.10mol•L^-1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌，有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成，当溶液的pH=8时，c（Cu²⁺）=2.2×10^-8 mol•L^-1（K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20）．若在0.1mol•L^-1硫酸铜溶液中通入过量H₂S气体，使Cu²⁺完全沉淀为CuS，此时溶液中的H⁺浓度是0.2 mol•L^-1．
（4）25℃，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中，通入HCl气体或加入NaOH固体以调节溶液pH，溶液pH与c（S^2-）关系如图（忽略溶液体积的变化、H₂S的挥发）．
①pH=13时，溶液中的c（H₂S）+c（HS^-）=0.043 mol•L^-1．
②某溶液含0.020mol•L^-1Mn²⁺、0.10mol•L^-1H₂S，当溶液pH=5时，Mn²⁺开始沉淀，[已知：Ksp（MnS）=2.8×10^-13]．

Answer 1

分析 （1）由图分析可知，CuSO₄•5H₂O受热到102℃时开始脱水分解，113℃时可得到较稳定的一种中间物，到258℃时才会继续分解．在200℃时失去的水的质量为0.80g-0.57g=0.23g，根据相应的化学方程式即可确定此时固体物质的化学式；
（2）温度为570℃灼烧得到的黑色粉末是CuO，氧化性气体则为SO₃，反应方程式为：CuSO₄$\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑；CuO与稀硫酸反应的产物是硫酸铜和水，蒸发浓缩、冷却得到的晶体为CuSO₄•5H₂O；根据图象分析其存在的最高102℃；
（3）根据溶度积常数进行计算c（Cu²⁺），根据溶液的电中性计算H⁺浓度；
（4）①pH=13时，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根据硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1；
②当Qc=K_sp（MnS）时开始沉淀，由此求出硫离子的浓度，结合图象得出此时的pH．

解答 解：（1）CuSO₄•5H₂O受热到102℃时开始脱水分解，113℃时可得到较稳定的一种中间物，到258℃时才会继续分解．在200℃时失去的水的质量为0.80g-0.57g=0.23g，
根据反应的化学方程式：
CuSO₄•5H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄•（5-n）H₂O+nH₂O
250                          18n
0.80g                       0.80g-0.57g=0.23g
$\frac{250}{18n}=\frac{0.80g}{0.23g}$，
解得n=4，
200℃时该固体物质的化学式为CuSO₄•H₂O；
故答案为：CuSO₄•H₂O；
（2）温度为570℃灼烧得到的黑色粉末应是CuO，氧化性气体则为SO₃，反应方程式为：CuSO₄$\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑；CuO与稀硫酸反应的产物是硫酸铜和水，
蒸发浓缩、冷却得到的晶体为CuSO₄•5H₂O；其存在的最高102℃．
故答案为：CuSO₄$\frac{\underline{\;570℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑； CuSO₄•5H₂O；102℃；
（3）根据题给Cu（OH）₂的溶度积即可确定pH=8时，c（OH^-）=10^-6mol/L，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，则c（Cu²⁺）=2.2×10^-8mol•L^-1；在0.1mol•L^-1硫酸铜溶液中通入过量H₂S气体，使Cu²⁺完全沉淀为CuS，此时溶液中的溶质为硫酸，c（SO₄^2-）不变，为0.1mol•L^-1，由电荷守恒可知c（H⁺）为0.2mol•L^-1．
故答案为：2.2×10^-8；0.2；
（4）①pH=13时，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根据硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1，所以c（H₂S）+c（HS^-）=0.1-5.7×10^-2=0.043mol/L，
故答案为：0.043；
②当Qc=K_sp（MnS）时开始沉淀，所以c（S^2-）=$\frac{Ksp（MnS）}{c（M{n}^{2+}）}$=$\frac{2.8×1{0}^{-13}}{0.020}$mol/L=1.4×10^-11mol/L，结合图象得出此时的pH=5，所以pH=5时锰离子开始沉淀，
故答案为：5．

点评 本题物质的含量计算及溶度积计算等，为高频考点，把握物质的性质、发生的反应及计算公式为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，题目难度不大．