Question

5．某粗氧化銅樣品中含少量氧化亞鐵及不溶于酸的雜質(zhì)，某化學(xué)興趣小組利用該樣品制取膽礬晶體，測定膽礬晶體中結(jié)晶水的含量，并計算樣品中氧化銅的含量，設(shè)計了如下方案進(jìn)行實驗．

查閱資料知Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺在水溶液中形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

請回答下列問題：
（1）在整個實驗過程中，下列儀器中 不可能用到的是bc（填編號）．

（2）物質(zhì)X應(yīng)選用b（填字母）．
a．氫氧化鈉     b．雙氧水   c．鐵粉      d．高錳酸鉀
（3）為保證沉淀Ⅱ沉淀完全，操作③中溶液pH的調(diào)節(jié)范圍為3.7≤pH＜5.2．
（4）操作④的步驟有加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、自然干燥．
（5）在測定所得膽礬（CuSO₄•xH₂O）中結(jié)晶水x值的實驗過程中：稱量操作至少進(jìn)行4次，若測定結(jié)果x值偏大，可能的原因是ad．
a．加熱溫度過高
b．膽礬晶體的顆粒較大
c．加熱后放在空氣中冷卻
d．加熱膽礬晶體時有晶體從坩堝中濺出
（6）該小組一位同學(xué)根據(jù)實驗結(jié)果求出樣品中CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{{m}_{2}}{250}×80$×$\frac{1}{{m}_{1}}$×100%，另一位同學(xué)不同意，其原因是調(diào)節(jié)pH時加入了氫氧化銅，膽礬中的銅元素不是都來自樣品．

Answer 1

分析 將粗氧化銅（含少量氧化亞鐵及不溶于酸的雜質(zhì)）溶于過量硫酸，發(fā)生的反應(yīng)有FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，然后過濾，得到沉淀I為不溶于酸的雜質(zhì)，溶液I中溶質(zhì)為FeSO₄、CuSO₄和H₂SO₄，向溶液I中加入X調(diào)節(jié)pH過濾，得到溶液B，向溶液B中加入Cu（OH）₂調(diào)節(jié)pH過濾，得到沉淀II，除去FeSO₄、CuSO₄和H₂SO₄中的FeSO₄，根據(jù)氫氧化物沉淀需要的pH知，應(yīng)該先將FeSO₄氧化為鐵鹽，為不引進(jìn)新的雜質(zhì)，氧化劑X應(yīng)該為Cl₂或H₂O₂，然后向溶液中加入Cu（OH）₂調(diào)節(jié)溶液的pH，所以沉淀II為Fe（OH）₃，然后將溶液II蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到CuSO₄•5H₂O，最后在HCl氛圍中加熱CuSO₄•5H₂O得到CuSO₄，
（1）稱量一定質(zhì)量的藥品用到托盤天平，本實驗還有過濾和蒸發(fā)操作，沒用到分液、移液操作；
（2）物質(zhì)X應(yīng)選用能將FeSO₄氧化為鐵鹽，同時不引進(jìn)新的雜質(zhì)；
（3）控制溶液的pH在3.7～5.2之間，使Fe³⁺水解轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，而Cu²⁺不水解；
（4）由硫酸銅溶液制得硫酸銅晶體，經(jīng)過加熱蒸發(fā)硫酸銅溶液，冷卻結(jié)晶后、過濾、干燥后可得純凈的硫酸銅晶體；
（5）應(yīng)稱量坩堝的質(zhì)量，坩堝和晶體的質(zhì)量，加熱后坩堝的質(zhì)量，加熱后再稱量一次坩堝的質(zhì)量，判斷質(zhì)量是否發(fā)生變化，共稱量4次；
a．溫度過高，會導(dǎo)致硫酸銅分解，質(zhì)量變化較大；            
b．膽礬晶體的顆粒較大，會導(dǎo)致晶體解熱分解不完全，質(zhì)量變化偏�。�
c．在空氣中冷卻，會吸收空氣中的水重新形成晶體；    
d．加熱膽礬晶體時有晶體從坩堝中濺出，會使結(jié)果偏大；
（6）膽礬中的銅元素來自樣品和調(diào)節(jié)pH時加入的氫氧化銅．

解答 解：將粗氧化銅（含少量氧化亞鐵及不溶于酸的雜質(zhì)）溶于過量硫酸，發(fā)生的反應(yīng)有FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，然后過濾，得到沉淀I為不溶于酸的雜質(zhì)，溶液I中溶質(zhì)為FeSO₄、CuSO₄和H₂SO₄，向溶液I中加入X調(diào)節(jié)pH過濾，得到溶液B，向溶液B中加入Cu（OH）₂調(diào)節(jié)pH過濾，得到沉淀II，除去FeSO₄、CuSO₄和H₂SO₄中的FeSO₄，根據(jù)氫氧化物沉淀需要的pH知，應(yīng)該先將FeSO₄氧化為鐵鹽，為不引進(jìn)新的雜質(zhì)，氧化劑X應(yīng)該為Cl₂或H₂O₂，然后向溶液中加入Cu（OH）₂調(diào)節(jié)溶液的pH，所以沉淀II為Fe（OH）₃，然后將溶液II蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到CuSO₄•5H₂O，最后在HCl氛圍中加熱CuSO₄•5H₂O得到CuSO₄，
（1）實驗中用到的化學(xué)操作有稱量、過濾和蒸發(fā)，沒有分液、移液操作，分液、移液用到的儀器有分液漏斗、滴定管等，
故答案為：bc；
（2）步驟②加入氧化劑將亞鐵離子氧化生成鐵離子，然后調(diào)節(jié)溶液的pH除去鐵離子，應(yīng)選用氧化劑且不引進(jìn)新的雜質(zhì)，F(xiàn)e²⁺具有還原性，H₂O₂具有氧化性，二者在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，符合要求，氫氧化鈉無氧化性，鐵粉具有還原性，高錳酸鉀具有氧化性，但引入新的雜質(zhì)，
故答案為：b；
（3）由上分析知選擇，因為入堿式碳酸銅或氧化銅后，不引入新的雜質(zhì)，并可降低溶液中H⁺濃度，控制溶液的pH在3.7～5.2之間，使Fe³⁺水解轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，而Cu²⁺不水解，
故答案為：3.7≤pH＜5.2；           
（4）由硫酸銅溶液制得硫酸銅晶體，向溶液A中加入X調(diào)節(jié)pH過濾干燥后可得純凈的硫酸銅晶體，
故答案為：加熱濃縮、過濾；
（5）測定所得膽礬（CuSO₄•xH₂O）中結(jié)晶水x值，應(yīng)稱量坩堝的質(zhì)量，坩堝和晶體的質(zhì)量，加熱后坩堝的質(zhì)量，加熱后再稱量一次坩堝的質(zhì)量，判斷質(zhì)量是否在誤差允許范圍內(nèi)及兩次值是否相差不超過0.1g，共稱量4次，
a．加熱溫度過高，會導(dǎo)致硫酸銅分解，質(zhì)量變化較大，導(dǎo)致結(jié)果偏大，故a正確；            
b．膽礬晶體的顆粒較大，會導(dǎo)致晶體解熱分解不完全，質(zhì)量變化偏小，結(jié)果偏小，故b錯誤；
c．加熱后放在空氣中冷卻，會吸收空氣中的水重新形成晶體，結(jié)果偏小，故c錯誤；    
d．加熱過程中有晶體濺失，導(dǎo)致計算出的結(jié)晶水質(zhì)量偏大，計算出的結(jié)晶水?dāng)?shù)目偏高，故d正確；
故答案為：4；ad；
（6）向溶液中加入Cu（OH）₂調(diào)節(jié)溶液的pH，沉淀II為Fe（OH）₃，所以膽礬中的銅元素不是都來自樣品，因此該小組一位同學(xué)根據(jù)實驗結(jié)果求出樣品中CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)錯誤，
故答案為：調(diào)節(jié)pH時加入了氫氧化銅，膽礬中的銅元素不是都來自樣品．

點評 本題考查了硫酸銅晶體中結(jié)晶水含量的測定，涉及物質(zhì)制備實驗設(shè)計、物質(zhì)分離的實驗基本操作，注意掌握測定硫酸銅晶體結(jié)晶水含量的方法，理解和掌握物質(zhì)性質(zhì)和實驗原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．