Question

19．某研究小组在实验室以含铁的铜屑为原料制备Cu（NO₃）₂•3H₂O晶体，并进一步探究用SOCl₂制备少量无水Cu（NO₃）₂．设计的合成路线如下：
Cu屑（含Fe）$→_{①}^{足量HNO_{3}}$ $→_{②}^{调pH}$ Cu（NH₃）₂溶液$\stackrel{③}{→}$Cu（NH₃）₂•3H₂O晶体$→_{④}^{SOCl}$无水Cu（NH₃）
已知：Cu（NO₃）₂•3H₂O$\stackrel{170℃}{→}$Cu（NO₃）₂•Cu（OH）₂$\stackrel{200℃}{→}$CuO，SOCl₂熔点-105℃、沸点76℃、遇水剧烈水解生成两种酸性气体．
请回答：（1）第②步调pH适合的物质是CuO或Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃（填化学式）
（2）第③步包括蒸发浓缩、冷却结晶、抽滤等步骤，其中蒸发浓缩的具体操作是将溶液转移至蒸发皿中，控制温度（不高于170℃），加热至溶液表面形成一层晶膜．为得到较大颗粒的Cu（NO₃）₂•3H₂O晶体，可采用的方是形成一层晶膜减慢冷却结晶的速度（填一种）
（3）第④步中发生反应的化学方程式是Cu（NO₃）₂•3H₂O+3SOC1₂=Cu（NO₃）₂+3SO₂↑+6HCI↑．
（4）第④步，某同学设计的实验装置示意图（夹持及控温装置省略，如图1）有一处不合理，请提出改进方案并说明理由在AB之间增加干燥装置，防止B中的水蒸气进入A中装置改进后，向仪器A中缓慢滴加SOCl₂时，需打开活塞b（填“a”、“b”或“a和b”）

（5）为测定无水Cu（NO₃）₂产品的纯度，可用分光光度法．
已知：4NH₃•H₂O+Cu²⁺=Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O；Cu（NH₃）₄²⁺对特定波长光的吸收程度（用吸光度A表示）与Cu²⁺在一定浓度范围内成正比．现测得Cu（NH₃）₄²⁺的吸光度A与Cu²⁺标准溶液浓度关系如图2所示：准确称取0.3150g无水Cu（NO₃）₂，用蒸馏水溶解并定容至100mL，准确移取该溶液10.00mL，加过量NH₃•H₂O，再用蒸馏水定容至100mL，测得溶液吸光度A=0.620，则无水Cu（NO₃）₂产品的纯度是95.5%（以质量分数表示）．

Answer 1

分析 含铁的铜屑用过量的硝酸溶解，得到的溶液为Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₃的酸性溶液，条件pH沉淀铁离子，得到Cu（NO₃）₂溶液，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到Cu（NO₃）₂•3H₂O晶体，与SOCl₂制混合得到用无水Cu（NO₃）₂；
（1）调节pH促进铁离子水解沉淀铁离子，不引入新杂质，同时不能沉淀铜离子，据此分析；
（2）根据题意，温度不能高于170℃，否则Cu（NO₃）₂•3H₂O变质，出现晶膜后减慢结晶速度可得到较大颗粒的晶体；
（3）Cu（NO₃）₂•3H₂O和SOC1₂发生反应生成硝酸铜、二氧化硫气体和氯化氢气体；
（4）A、B间缺少干燥装置；向三颈烧瓶中缓慢滴加SOC1₂时，需打开活塞b；
（5）由图可知，溶液吸光度A=0.600时，Cu²⁺标准溶液浓度为1.5×10^-3mol/L，据此计算．

解答 解：（1）调节pH促进铁离子水解沉淀铁离子，不引入新杂质，同时不能沉淀铜离子，可选用CuO或Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃；
故答案为：CuO或Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃；
（2）根据题意，温度不能高于170℃，否则Cu（NO₃）₂•3H₂O变质，故蒸发浓缩应将溶液转移至蒸发皿中，控制温度（不高于170℃），加热至溶液表面形成一层晶膜减慢冷却结晶的速度，可得到较大颗粒的Cu（NO₃）₂•3H₂O晶体；
故答案为：将溶液转移至蒸发皿中，控制温度（不高于170℃），加热至溶液表面形成一层晶膜；形成一层晶膜减慢冷却结晶的速度；
（3）第④步中发生的反应为Cu（NO₃）₂•3H₂O和SOC1₂发生反应生成硝酸铜、二氧化硫气体和氯化氢气体，化学方程式为：Cu（NO₃）₂•3H₂O+3SOC1₂=Cu（NO₃）₂+3SO₂↑+6HCI↑；
故答案为：Cu（NO₃）₂•3H₂O+3SOC1₂=Cu（NO₃）₂+3SO₂↑+6HCI↑；
（4）为防止B中的水蒸气进入A中，故在AB之间增加干燥装置；向三颈烧瓶中缓慢滴加SOC1₂时，需打开活塞b；
故答案为：在AB之间增加干燥装置，防止B中的水蒸气进入A中；b；
（5）由图可知，溶液吸光度A=0.620时，Cu²⁺标准溶液浓度为1.6×10^-3mol/L，则样品中Cu（NO₃）₂的质量为1.6×10^-3mol/L×$\frac{100mL}{10mL}$×188g/mol=0.3008g，则无水Cu（NO₃）₂产品的纯度是$\frac{0.3008g}{0.3150}$×100%=95.5%；
故答案为：95.5%．

点评 本题考查了物质的制备，涉及了元素的相关性质，实验设计，操作控制，方程式的书写、纯度的计算等，要求学生对物质基本性质的掌握，并加以灵活运用，题目难度中等．