Question

4．堿式碳酸銅【CuCO₃•Cu（OH）₂】是一種用途廣泛的化工原料，可用于作有機催化劑，顏料制造，原油貯存時脫堿等，用廢雜銅（主要成分為Cu，還含有少量雜質(zhì)Fe）制取堿式碳酸銅的工藝流程如圖所示．

（1）步驟①浸出時，硝酸濃度不易過大，其原因是硝酸的利用率低，產(chǎn)生的氮氧化物也多．
（2）步驟②分離前需將溶液pH調(diào)節(jié)在4左右，其目的是使Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為沉淀、Cu²⁺不水解，所得廢渣的主要成分為Fe（OH）₃．
（3）步驟③合成時，采用將NaHCO₃溶液迅速投入Cu（NO₃）₂溶液中，其主要原因是防止產(chǎn)生Cu（OH）₂沉淀；合成時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Cu（NO₃）₂+4NaHCO₃=CuCO₃•Cu（OH）₂↓+4NaNO₃+3CO₂↑+H₂O．
（4）本實驗中兩次用到固液分離，本實驗中最適合固液分離的設(shè)備是離心分離機．
（5）步驟⑤洗滌主要除去的雜質(zhì)離子是Na⁺、NO₃^-．
（6）準(zhǔn)確稱取所得產(chǎn)品m g，放入碘量瓶中，加入2gKI及5mL3mol•L^-1稀硫酸（兩試劑均過量）搖勻并靜止10min（2Cu²⁺+4I-=2CuI↓+I₂），再加入2mL淀粉溶液，用cmol•L^-1 的Na₂SrO₂標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定（I₂+2SrO${\;}_{4}^{2-}$=2I-+SrO${\;}_{4}^{2-}$），到滴定終點時消耗Na₂SrO₂標(biāo)準(zhǔn)溶液VmL，則樣品中銅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{6.4cV}{m}%$．

Answer 1

分析 用稀硝酸溶解廢雜銅（主要成分為Cu，還含有少量雜質(zhì)Fe），得到含有Cu²⁺、Fe³⁺的濾液，通過調(diào)節(jié)溶液pH為4左右，促進(jìn)Fe³⁺的水解生成Fe（OH）₃并利用過濾除去，在只含有Cu²⁺的溶液里，加入NaHCO₃調(diào)節(jié)溶液pH至6.5～7.0，促進(jìn)堿式碳酸銅的生成，并結(jié)合過濾、洗滌、干燥得到純凈的堿式碳酸銅；
（1）滴加稀硝酸的目的是溶解廢雜銅中的金屬銅和鐵；        
（2）浸出液中含有雜質(zhì)離子Fe³⁺，利用促進(jìn)Fe³⁺水解的方法使之轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀除去；
（3）NaHCO₃溶液顯堿性，投入Cu（NO₃）₂溶液速率慢易促進(jìn)Cu²⁺水解生成Cu（OH）₂，產(chǎn)物純度降低，Cu（NO₃）₂和NaHCO₃反應(yīng)生成堿性碳酸銅、硝酸鈉及CO₂氣體，可根據(jù)質(zhì)量守恒和原子守恒寫出此反應(yīng)的方程式；
（4）固液分離的方法主要為過濾和離心分離機分離，其中離子機分離能減小產(chǎn)物的損失；
（5）反應(yīng)后的混合液中主要含有Na⁺、NO₃^-，則沉淀的表面主要附著液中含有的離子也主要是Na⁺、NO₃^-；
（6）根據(jù)2Cu²⁺～I(xiàn)₂～2SrO₄^2-之間的關(guān)系式，利用消耗的標(biāo)準(zhǔn)液的物質(zhì)的量計算Cu²⁺的物質(zhì)的量，再計算銅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：用稀硝酸溶解廢雜銅（主要成分為Cu，還含有少量雜質(zhì)Fe），得到含有Cu²⁺、Fe³⁺的濾液，通過調(diào)節(jié)溶液pH為4左右，促進(jìn)Fe³⁺的水解生成Fe（OH）₃并利用過濾除去，在只含有Cu²⁺的溶液里，加入NaHCO₃調(diào)節(jié)溶液pH至6.5～7.0，促進(jìn)堿式碳酸銅的生成，并結(jié)合過濾、洗滌、干燥得到純凈的堿式碳酸銅；
（1）硝酸溶解廢雜銅中的金屬銅和鐵時產(chǎn)生氮氧化物造成環(huán)境污染，且酸浸本身硝酸的利用率較低，故答案為：硝酸的利用率低，產(chǎn)生的氮氧化物也多；
（2）為促進(jìn)Fe³⁺水解轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀除去，同時避免Cu²⁺水解生成Cu（OH）₂，需要調(diào)整溶液pH調(diào)節(jié)在4左右，過慮得到的不溶物為Fe（OH）₃，
故答案為：使Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為沉淀、Cu²⁺不水解；Fe（OH）₃；
（3）為防止Cu²⁺水解生成Cu（OH）₂，影響產(chǎn)物純度和產(chǎn)量，需要快速加入NaHCO₃溶液，Cu（NO₃）₂和NaHCO₃發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Cu（NO₃）₂+4NaHCO₃=CuCO₃•Cu（OH）₂↓+4NaNO₃+3CO₂↑+H₂O，故答案為：防止產(chǎn)生Cu（OH）₂沉淀；2Cu（NO₃）₂+4NaHCO₃=CuCO₃•Cu（OH）₂↓+4NaNO₃+3CO₂↑+H₂O；
（4）固液分離時使用離心分離機分離比過濾操作效果好，能能減小產(chǎn)物的損失，故答案為：離心分離機；
（5）因濾液中含有Na⁺、NO₃^-，則沉淀洗滌的目的是除去附著液中含有的離子Na⁺、NO₃^-，故答案為：Na⁺、NO₃^-；
（6）根據(jù)關(guān)系式2Cu²⁺～I(xiàn)₂～2SrO₄^2-，消耗Na₂SrO₂的標(biāo)準(zhǔn)液的物質(zhì)的量為：V×10-³L×cmol•L^-1=1×10^-3Vcmol，樣品中Cu²⁺的物質(zhì)的量為1×10^-3Vcmol，則樣品中銅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{64g/mol×1×1{0}^{-3}Vcmol}{mg}×100%$=$\frac{6.4cV}{m}%$，故答案為：$\frac{6.4cV}{m}%$．

點評 本題考查了實驗探究物質(zhì)分離方法和物質(zhì)性質(zhì)的分析判斷，涉及離子反應(yīng)、產(chǎn)物純度的計算等，掌握物質(zhì)性質(zhì)是關(guān)鍵，題目難度中等．