Question

实验室利用废铜合金（含少量铁和铝）来制取硫酸铜晶体（CuSO₄?xH₂O）方案如图：

金属离子生成氢氧化物沉淀的PH可参考下列数据：

	Fe3+	Fe2+	Cu2+	Al3+
开始沉淀时pH	2.2	7.5	5.2	3.7
完全沉淀时pH	3.2	9.0	6.7	4.7

请回答：
（1）写出加入混酸后，合金中铜溶解的离子方程式

 

（2）若溶解合金时加入的混酸由2L 3mol/L硫酸和1L 2mol/L硝酸混合而成，则反应后生成标准状况下NO的体积最多为

 

L
（3）加入H₂O₂的目的是

 

（4）为保证产品的纯度，M物质最好选用

 

（填字母），调节pH的范围为

 

a．Cu（OH）₂   b．H₂SO₄    c．NH₃?H₂O    d．Na₂CO₃
（5）滤液D中加入硫酸的目的为

 

（6）从溶液E制得CuSO₄?xH₂O晶体所需要的步骤为

 

、

 

过滤、干燥．
（7）要测定所得硫酸铜晶体I（CuSO₄?xH₂O）．中%的值，下列说法不正确的是

 

（填字母）
a．称量操作至少要进行4次
b．需将坩埚放在石棉网上进行加热
c．加热后，将坩埚放在石棉网上冷却，会使所测X的值偏小．

Answer 1

考点：铜金属及其重要化合物的主要性质,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：电离平衡与溶液的pH专题,几种重要的金属及其化合物

分析：流程分析：向废铜合金中加入稀硫酸和硝酸的混酸，铜铁铝均转化成对应硫酸盐（因有剩余金属，铁应变成了亚铁离子，硝酸根离子完全反应），在滤液A中加入双氧水把将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，在滤液B中加入氧化铜或氢氧化铜，调节溶液的PH，使Fe³⁺和Al³⁺完全沉淀下来，过滤后得滤液D为硫酸铜溶液，加硫酸酸化然后经蒸发浓缩、冷却结晶等步骤得到晶体．
（1）铜只和稀硝酸反应，与稀硫酸不反应；
（2）根据混酸中L硫酸和硝酸量求出n（H⁺）和n（NO₃^-）的量，根据方程式3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知氢离子过量，硝酸根完全反应，则最多生成NO的物质的量等于硝酸的物质的量，然后求NO的体积；
（3）加入H₂O₂的目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，为把铁完全沉淀做准备，而且不引入新的杂质；
（4）M物质最好选用 Cu（OH）₂，因为不但能增大pH，而且能保证产品的纯度，H₂SO₄不反应，NH₃?H₂O 和Na₂CO₃会引入新的杂质；根据图表分析，调节pH的范围为：4.7≤pH＜5.2，保证Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，而Cu²⁺不沉淀；
（5）加入硫酸的目的为抑制Cu²⁺的水解；
（6）从硫酸铜溶液制得CuSO₄?xH₂O晶体所需要的步骤为：加热蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（7）a．称量操作至少要进行4次，包括加热前称量坩埚的质量、坩埚和晶体的总质量，加热后称量、再加热再称量直至质量不再减少为止．b．坩埚可直接加热，不放在石棉网上．c．加热后，将坩埚放在石棉网上冷却，会使固体吸水而质量增加，所测X的值偏小．

解答： 解：向废铜合金中加入稀硫酸和硝酸的混酸，铜铁铝均转化成对应硫酸盐（因有剩余金属，铁应变成了亚铁离子，硝酸根离子完全反应），在滤液A中加入双氧水把将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，在滤液B中加入氧化铜或氢氧化铜，调节溶液的PH，使Fe³⁺和Al³⁺完全沉淀下来，过滤后得滤液D为硫酸铜溶液，加硫酸酸化然后经蒸发浓缩、冷却结晶等步骤得到晶体．
（1）铜只和稀硝酸反应，与稀硫酸不反应；故加入混酸后，合金中铜溶解的离子方程式为：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）若溶解合金时加入的混酸由2L 3mol/L硫酸和1L 2mol/L硝酸混合而成，则
n（H+）=2L×3mol/L×2+1L×2mol/L=14mol；
n（NO₃^-）=1L×2mol/L=2 mol；
根据方程式3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知：2 molNO₃^-最多能消耗H⁺=8mol，说明氢离子过量，硝酸根完全反应，则最多生成NO的物质的量等于硝酸根的物质的量，为2 mol，标准状况下NO的体积最多为2 mol×22.4L/mol=44.8L，
故答案为：44.8；
（3）加入H₂O₂的目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，为把铁完全沉淀做准备，故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；
（4）M物质最好选用 Cu（OH）₂，因为不但能增大pH，而且能保证产品的纯度，但H₂SO₄不反应，NH₃?H₂O 和Na₂CO₃会引入新的杂质，故不适合；根据图表分析，pH的范围应保证Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，而Cu²⁺不沉淀，故需调节pH的范围为：4.7≤pH＜5.2，
故答案为：a；4.7≤pH＜5.2；
（5）Cu²⁺会水解，加热能促进水解，加入硫酸的目的为 抑制Cu²⁺的水解抑制Cu²⁺的水解，故答案为：抑制Cu²⁺的水解；
（6）从硫酸铜溶液制得CuSO₄?xH₂O晶体所需要的步骤为：加热蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：加热蒸发；冷却结晶；
（7）a．称量操作至少要进行4次，包括加热前称量坩埚的质量、坩埚和晶体的总质量，加热后称量、再加热再称量直至质量不再减少为止，故a正确；
b．坩埚可直接加热，不放在石棉网上，故b错误；
c．加热后，将坩埚放在石棉网上冷却，会使固体吸水而质量增加，所测X的值偏小，故c正确，
故答案为：b．

点评：本题考查了物质的制备、分离、提纯、含量测定、盐类水解、过量计算、反应规律等，综合性较强．