Question

【題目】實驗室利用廢銅合金(含少量鐵和鋁)來制取硫酸銅晶體(CuSO4·5H2O)，方案如下：

金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH可參考下列數據：

	Fe3＋	Fe2＋	Cu2＋	Al3＋
開始沉淀時的pH	2.2	7.5	5.2	3.7
完全沉淀時的pH	3.2	9.0	6.7	4.7

請回答：

（1）若溶解合金時加入的混酸由2 L 3 mol·L－1硫酸和1 L 2 mol·L－1硝酸混合而成，則反應后生成標準狀況下的NO的體積最多為____________L。

（2）加入H2O2的目的是____________。

（3）為保證產品的純度，M物質最好選用________(填字母)，調節pH的范圍為____________。

a．Cu(OH)2　b．H2SO4　c．NH3·H2O　d．Na2CO3

（4）濾液D中加入硫酸的目的為_______________________________________。

（5）從溶液E制得CuSO4·5H2O晶體所需要的步驟為________、結晶、過濾和干燥。

（6）0.80g CuSO4·5H2O樣品受熱脫水過程的熱重曲線（樣品質量隨溫度變化的曲線）如圖所示。試確定200℃時固體物質的化學式______________。

Answer 1

【答案】 44.8L 將Fe2+氧化成Fe3+ a 4.7≤PH＜5.2 抑制Cu2+的水解 加熱蒸發 CuSO4·H2O

【解析】根據流程，開始金屬過量，所以濾液A中含有Cu2+、Fe2+、Al3+；濾液A中加H2O2，將Fe2+氧化為Fe3+，防止除雜時影響Cu2+；氧化后的溶液，加入M調節pH除去Fe3+和Al3+；濾液D經過一系列操作得到硫酸銅晶體。

（1）由題意，n(H+)=2L×3mol·L-1×2+1L×2mol·L-1=14 mol，n（NO3-）=1L×2mol·L-1=2 mol；根據方程式3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O可得：氫離子過量，NO3-完全反應，則最多生成標準狀況下NO的體積為2 mol×22.4Lmol-1=44.8L。

（2）根據上述分析，加入H2O2的目的是將Fe2+氧化為Fe3+。

（3）氧化后的溶液，加入M調節pH除去Fe3+和Al3+；為了不引入新雜質，M最好選用a.Cu(OH)2；根據金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH數據可得，要使Fe3+和Al3+完全沉淀，而Cu2+不沉淀，調節pH的范圍為：4.7≤pH<5.2。

（4）因為Cu2+是弱陽離子，所以直接加熱濾液D會促進其水解，故加入硫酸抑制Cu2+水解。

（5）從硫酸銅溶液制得CuSO45H2O晶體，因為晶體含有結晶水，所以需要加熱蒸發（或蒸發濃縮）、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等步驟。

（6）CuSO45H2O受熱到102℃時開始逐漸失水，113℃時可得到較穩定的中間產物，到258℃時繼續分解，則在200℃時失去的水的質量為0.80g-0.57g=0.23g，根據反應的化學方程式：CuSO45H2OCuSO4（5-x）H2O+xH2O，可得：

列比例式可解得x≈4，故200℃時固體物質的化學式為CuSO4H2O。