Question

17．（1）用铜与浓硫酸反应制取硫酸铜，实验装置如图所示．
①A中装置体现了浓硫酸的哪些性质？酸性和强氧化性；
②装置中导管B的作用你认为可能是（写出一种）安全管；平衡压强；防止倒吸；若连接C装置导气管堵塞时防止装置爆炸；拆除装置前，从B口向A中鼓气是生成的二氧化硫被完全吸收．
（2）为符合绿色化学的要求，某同学进行如下设计：将铜粉在坩埚（填仪器名称）中反复灼烧，使铜与空气充分反应生成氧化铜，再将氧化铜与稀硫酸反应，反应后溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，即可得到产品CuSO₄•5H₂O晶体，干燥时需要控制温度小于100℃，若温度过高，则会导致CuSO₄•5H₂O晶体失去部分结晶水．
（3）探究小组用滴定法测定某胆矾晶体中CuSO₄的含量．取ag样品配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干扰离子后，用c mol•L^-1的EDTA（H₂Y^2-）标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液6mL．滴定反应如下：Cu²⁺+H₂Y^2-=CuY^2-+2H⁺
①写出计算CuSO₄质量分数的计算式ω=$\frac{cmol/L×5×1{0}^{3}L×160g/mol×5}{ag}$×100%；
②下列操作会导致CuSO₄含量的测定结果偏低的是bc．
a．用样品溶液润洗锥形瓶
b．滴定终点时俯视读数
c．滴定终点时滴定管尖嘴中有气泡
（4）常温下CuSO₄溶液中Cu²⁺水解的离子方程式为Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺．已知该反应的平衡常数K=5.0×10^-9，则常温下Cu（OH）₂的Ksp=2.0×10²⁰．

Answer 1

分析 （1）①A装置中铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，浓硫酸表现了酸性和强氧化性；
②装置中导管B的作用使安全装置，起到平衡压强防止倒吸作用，可以通入气体吧生成气体全部赶出到装置C中吸收；
（2）高温灼烧固体应在坩埚中进行，从硫酸铜溶液中得到硫酸铜晶体可以将硫酸铜溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，即可得到产品CuSO₄•5H₂O晶体，CuSO₄•5H₂O晶体中的结晶水容易失去，所以干燥需要控制温度小于100℃；
（3）①取a g试样配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干扰离子后，用c mol•L^-1 EDTA（H₂Y^2-）标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液6mL．滴定反应如下：Cu²⁺+H₂Y^2-=CuY^2-+2H⁺铜离子物质的量和标准液物质的量相同=cmol/L×b×10^-3L=bc×10^-3mol，依据元素守恒得到：
则20ml溶液中含有的CuSO₄•5H₂O物质的量为6c×10^-3mol；100ml溶液中含6c×10^-3mol×5=30c×10^-3mol，据此计算硫酸铜质量分数；
②滴定实验误差分析依据标准溶液消耗的多少进行分析判断，滴定实验中依据c（待测）=$\frac{c（标准）V（标准）}{V（待测）}$分析；
（4）常温下CuSO₄溶液中Cu²⁺水解生成氢氧化铜和氢离子，依据平衡常数概念列式计算，K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{u}^{2+}）}$=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{u}^{2+}）}$×$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{K{w}^{2}}{Ksp}$；

解答 解：（1）①A装置中铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应的化学方程式为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，A中装置体现了浓硫酸的酸性和强氧化性，
故答案为：酸性和强氧化性；
②根据装置图可知，导管B可以平衡试管内外的压强，同时若C的导管堵塞时防止装置爆炸，另外拆除装置前从B管口向A鼓气使二氧化硫被全部吸收，
故答案为：安全管；平衡压强；防止倒吸；若连接C装置导气管堵塞时防止装置爆炸；拆除装置前，从B口向A中鼓气是生成的二氧化硫被完全吸收；
（2）高温灼烧固体应在坩埚中进行，从硫酸铜溶液中得到硫酸铜晶体可以将硫酸铜溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，即可得到产品CuSO₄•5H₂O晶体，CuSO₄•5H₂O晶体中的结晶水容易失去，所以干燥需要控制温度小于100℃，
故答案为：坩埚；蒸发浓缩、冷却结晶；CuSO₄•5H₂O晶体失去部分结晶水；
（3）①取a g试样配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干扰离子后，用c mol•L^-1 EDTA（H₂Y^2-）标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液6mL．滴定反应如下：Cu²⁺+H₂Y^2-=CuY^2-+2H⁺铜离子物质的量和标准液物质的量相同=cmol/L×6×10^-3L=6c×10^-3mol，依据元素守恒得到：
则20ml溶液中含有的CuSO₄•5H₂O物质的量为6c×10^-3mol；100ml溶液中含6c×10^-3mol×5=3c×10^-2mol；
所以CuSO₄质量分数的表达式=$\frac{3c×1{0}^{-2}mol×160g/mol}{ag}$×100%，
故答案为：$\frac{3c×1{0}^{-2}mol×160g/mol}{ag}$×100%；
②a．用样品溶液润洗锥形瓶，导致待测溶液中溶质增大，导致测定结果偏高，故a错误；
b．滴定终点时俯视滴定管读数说明消耗标准液读数偏小，结果偏低，故b正确；
c．滴定终点时滴定管尖嘴中有气泡，导致标准溶液体积减小，结果偏低，故c正确；
故答案为：bc；
（4）常温下CuSO₄溶液中Cu²⁺水解生成氢氧化铜和氢离子，反应的离子方程式为：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，依据平衡常数概念列式计算，K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{u}^{2+}）}$=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{u}^{2+}）}$×$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{K{w}^{2}}{Ksp}$=$\frac{（1{0}^{-14}）^{2}}{5.0×1{0}^{-9}}$=2.0×10²⁰，
故答案为：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，2.0×10²⁰；

点评 本题考查物质的分离、实验设计、试剂选择、滴定实验的基本操作和误差分析等知识点，明确离子的性质和滴定实验的定量关系是解本题关键，题目难度中等．