Question

19．某研究小組在實(shí)驗(yàn)室以含鐵的銅屑為原料制備Cu（NO₃）₂•3H₂O晶體，并進(jìn)一步探究用SOCl₂制備少量無水Cu（NO₃）₂．設(shè)計(jì)的合成路線如下：
Cu屑（含F(xiàn)e）$→_{①}^{足量HNO_{3}}$ $→_{②}^{調(diào)pH}$ Cu（NH₃）₂溶液$\stackrel{③}{→}$Cu（NH₃）₂•3H₂O晶體$→_{④}^{SOCl}$無水Cu（NH₃）
已知：Cu（NO₃）₂•3H₂O$\stackrel{170℃}{→}$Cu（NO₃）₂•Cu（OH）₂$\stackrel{200℃}{→}$CuO，SOCl₂熔點(diǎn)-105℃、沸點(diǎn)76℃、遇水劇烈水解生成兩種酸性氣體．
請(qǐng)回答：（1）第②步調(diào)pH適合的物質(zhì)是CuO或Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃（填化學(xué)式）
（2）第③步包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、抽濾等步驟，其中蒸發(fā)濃縮的具體操作是將溶液轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，控制溫度（不高于170℃），加熱至溶液表面形成一層晶膜．為得到較大顆粒的Cu（NO₃）₂•3H₂O晶體，可采用的方是形成一層晶膜減慢冷卻結(jié)晶的速度（填一種）
（3）第④步中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是Cu（NO₃）₂•3H₂O+3SOC1₂=Cu（NO₃）₂+3SO₂↑+6HCI↑．
（4）第④步，某同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖（夾持及控溫裝置省略，如圖1）有一處不合理，請(qǐng)?zhí)岢龈倪M(jìn)方案并說明理由在AB之間增加干燥裝置，防止B中的水蒸氣進(jìn)入A中裝置改進(jìn)后，向儀器A中緩慢滴加SOCl₂時(shí)，需打開活塞b（填“a”、“b”或“a和b”）

（5）為測定無水Cu（NO₃）₂產(chǎn)品的純度，可用分光光度法．
已知：4NH₃•H₂O+Cu²⁺=Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O；Cu（NH₃）₄²⁺對(duì)特定波長光的吸收程度（用吸光度A表示）與Cu²⁺在一定濃度范圍內(nèi)成正比．現(xiàn)測得Cu（NH₃）₄²⁺的吸光度A與Cu²⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度關(guān)系如圖2所示：準(zhǔn)確稱取0.3150g無水Cu（NO₃）₂，用蒸餾水溶解并定容至100mL，準(zhǔn)確移取該溶液10.00mL，加過量NH₃•H₂O，再用蒸餾水定容至100mL，測得溶液吸光度A=0.620，則無水Cu（NO₃）₂產(chǎn)品的純度是95.5%（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示）．

Answer 1

分析 含鐵的銅屑用過量的硝酸溶解，得到的溶液為Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₃的酸性溶液，條件pH沉淀鐵離子，得到Cu（NO₃）₂溶液，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到Cu（NO₃）₂•3H₂O晶體，與SOCl₂制混合得到用無水Cu（NO₃）₂；
（1）調(diào)節(jié)pH促進(jìn)鐵離子水解沉淀鐵離子，不引入新雜質(zhì)，同時(shí)不能沉淀銅離子，據(jù)此分析；
（2）根據(jù)題意，溫度不能高于170℃，否則Cu（NO₃）₂•3H₂O變質(zhì)，出現(xiàn)晶膜后減慢結(jié)晶速度可得到較大顆粒的晶體；
（3）Cu（NO₃）₂•3H₂O和SOC1₂發(fā)生反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化硫氣體和氯化氫氣體；
（4）A、B間缺少干燥裝置；向三頸燒瓶中緩慢滴加SOC1₂時(shí)，需打開活塞b；
（5）由圖可知，溶液吸光度A=0.600時(shí)，Cu²⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為1.5×10^-3mol/L，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）調(diào)節(jié)pH促進(jìn)鐵離子水解沉淀鐵離子，不引入新雜質(zhì)，同時(shí)不能沉淀銅離子，可選用CuO或Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃；
故答案為：CuO或Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃；
（2）根據(jù)題意，溫度不能高于170℃，否則Cu（NO₃）₂•3H₂O變質(zhì)，故蒸發(fā)濃縮應(yīng)將溶液轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，控制溫度（不高于170℃），加熱至溶液表面形成一層晶膜減慢冷卻結(jié)晶的速度，可得到較大顆粒的Cu（NO₃）₂•3H₂O晶體；
故答案為：將溶液轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，控制溫度（不高于170℃），加熱至溶液表面形成一層晶膜；形成一層晶膜減慢冷卻結(jié)晶的速度；
（3）第④步中發(fā)生的反應(yīng)為Cu（NO₃）₂•3H₂O和SOC1₂發(fā)生反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化硫氣體和氯化氫氣體，化學(xué)方程式為：Cu（NO₃）₂•3H₂O+3SOC1₂=Cu（NO₃）₂+3SO₂↑+6HCI↑；
故答案為：Cu（NO₃）₂•3H₂O+3SOC1₂=Cu（NO₃）₂+3SO₂↑+6HCI↑；
（4）為防止B中的水蒸氣進(jìn)入A中，故在AB之間增加干燥裝置；向三頸燒瓶中緩慢滴加SOC1₂時(shí)，需打開活塞b；
故答案為：在AB之間增加干燥裝置，防止B中的水蒸氣進(jìn)入A中；b；
（5）由圖可知，溶液吸光度A=0.620時(shí)，Cu²⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為1.6×10^-3mol/L，則樣品中Cu（NO₃）₂的質(zhì)量為1.6×10^-3mol/L×$\frac{100mL}{10mL}$×188g/mol=0.3008g，則無水Cu（NO₃）₂產(chǎn)品的純度是$\frac{0.3008g}{0.3150}$×100%=95.5%；
故答案為：95.5%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及了元素的相關(guān)性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，操作控制，方程式的書寫、純度的計(jì)算等，要求學(xué)生對(duì)物質(zhì)基本性質(zhì)的掌握，并加以靈活運(yùn)用，題目難度中等．