Question

14．CuSO₄•5H₂O是銅的重要化合物，有著廣泛的應(yīng)用．如圖是CuSO₄•5H₂O的實(shí)驗(yàn)室制備流程圖1．

根據(jù)題意完成下列填空：
（1）向含銅粉的稀硫酸中滴加少量濃硝酸（可加熱），在銅粉溶解時(shí)硝酸的作用：氧化劑．
（2）根據(jù)制備原理，銅恰好完全溶解時(shí)，硝酸與硫酸的物質(zhì)的量之比為2：3（假設(shè)硝酸全部還原為NO）．
（3）實(shí)驗(yàn)室需配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的CuSO₄溶液480mL其密度為1.07g/mL，根據(jù)溶液的配制情況回答下列問題：如圖2所示的儀器中配制溶液肯定不需要的是ABC（填序號(hào)），在配制上述溶液還需用到的玻璃儀器是燒杯、玻璃棒（填儀器名稱）．根據(jù)計(jì)算用托盤天平稱取CuSO₄•5H₂O的質(zhì)量為125.4g．
（4）將CuSO₄•5H₂O與NaHCO₃按一定的比例共同投入到150ml沸水中，劇烈攪拌，冷卻后有綠色晶體析出，該晶體的化學(xué)組成為Cu_x（OH）_y（CO₃）_z•nH₂O，實(shí)驗(yàn)所得的綠色晶體需充分洗滌，檢驗(yàn)是否洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌液少許與試管中，加入鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若有白色沉淀產(chǎn)生，則未洗凈，反之洗凈
為了確定晶體的化學(xué)式，某實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
a．稱取3.640g晶體，加入足量稀鹽酸使固體完全溶解，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體448.0mL
b．稱取等質(zhì)量的晶體，灼燒至完全分解，得到2.400g殘余固體，通過計(jì)算確定晶體的化學(xué)式Cu₃（OH）₂（CO₃）₂•H₂O或Cu（OH）₂•2CuCO₃•H₂O．
（5）在0.10mol•L^-1硫酸銅溶液中加入氫氧化鈉稀溶液充分?jǐn)嚢瑁�有淺藍(lán)色氫氧化銅沉淀生成，當(dāng)溶液的pH=8時(shí)，c（Cu²⁺）=2.2×10^-8mol•L^-1（K_ap[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20）．若在0.1mol•L^-1硫酸銅溶液中通入過量H₂S氣體，使Cu²⁺完全沉淀為CuS，此時(shí)溶液中的H⁺濃度是0.2mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）向含銅粉的稀硫酸中滴加少量濃硝酸，反應(yīng)生成硫酸銅和NO、水，硝酸起氧化劑的作用；
（2）根據(jù)離子方程式分析計(jì)算；
（3）配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的480mLCuSO₄溶液，需要的儀器有500mL容量瓶，燒杯，膠頭滴管，玻璃棒，托盤天平，藥匙，計(jì)算密度為1.07g/mL，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的CuSO₄溶液500mL中硫酸銅的物質(zhì)的量，再計(jì)算無水硫酸銅的質(zhì)量；
（4）將CuSO₄•5H₂O與NaHCO₃按一定的比例共同投入到150ml沸水中，劇烈攪拌，冷卻后有綠色晶體析出，該晶體的化學(xué)組成為Cu_x（OH）_y（CO₃）_z•nH₂O，析出的晶體表面有硫酸根離子，檢驗(yàn)是否洗滌干凈檢驗(yàn)洗滌液中是否含有硫酸根即可；稱取3.640g晶體，加入足量的稀鹽酸使固體完全溶解，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體448.0mL，即為0.02mol應(yīng)為二氧化碳?xì)怏w，由此可計(jì)算出碳酸根的物質(zhì)的量，取等質(zhì)量的晶體，灼燒至完全分解，得到2.400g殘余固體應(yīng)為氧化銅，由此計(jì)算出晶體中銅元素的質(zhì)量及物質(zhì)的量，根據(jù)電荷守恒可確定氫氧化根的物質(zhì)的量，再由總質(zhì)量及銅元素的質(zhì)量、碳酸根的質(zhì)量、氫氧根的質(zhì)量確定結(jié)晶水的質(zhì)量，進(jìn)而確定晶體的組成；
（5）根據(jù)溶度積常數(shù)及溶液中氫氧根離子濃度計(jì)算出c（Cu²⁺）；
在0.1mol/L硫酸銅溶液中通入過量H₂S氣體，硫酸根離子濃度為0.1mol/L，根據(jù)溶液的電中性計(jì)算H⁺濃度．

解答 解：（1）向含銅粉的稀硫酸中滴加少量濃硝酸，反應(yīng)生成硫酸銅和NO、水，硝酸起氧化劑的作用；
故答案為：氧化劑；
（2）向含銅粉的稀硫酸中滴加少量濃硝酸，反應(yīng)生成硫酸銅和二氧化氮、水，其反應(yīng)的離子方程式為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，反應(yīng)中消耗2molNO₃^-和8molH⁺，2mol硝酸提供2mol氫離子，則另外6mol氫離子由硫酸提供，所以需要的硫酸為3mol，則硝酸與硫酸的理論配比（物質(zhì)的量之比）為2：3；
故答案為：2：3；
（3）配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的480mLCuSO₄溶液，需要的儀器有500mL容量瓶，燒杯，膠頭滴管，玻璃棒，托盤天平，藥匙，
密度為1.07g/mL，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的CuSO₄溶液500mL中，m（CuSO₄）=500×1.07×15%g=80.25g，則用托盤天平稱取CuSO₄•5H₂O的質(zhì)量為$\frac{80.25×250}{160}g$=125.4g；
故答案為：ABC；燒杯、玻璃棒；125.4；
（4）①將CuSO₄•5H₂O與NaHCO₃按一定的比例反應(yīng)得到綠色晶體，所以綠色晶體析出的時(shí)候表面應(yīng)有硫酸根離子，可以通過檢驗(yàn)硫酸根離子判斷是否洗滌干凈，檢驗(yàn)的方法是取最后一次洗滌液少許與試管中，加入鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若有白色沉淀產(chǎn)生，則未洗凈，反之洗凈；
由題意可知：n（CO₃^2-）=n（CO₂）=0.448L∕22.4mol•L^-1=0.02 mol，
灼燒最終得到的固體是CuO，
n（Cu²⁺）=n（CuO）=2.400 g/80 g•mol^-1=0.03 mol，
根據(jù)電荷守恒：n（Cu²⁺）×2=n（OH^-）+n（CO₃^2-）×2，
所以n（OH^-）=n（Cu²⁺）×2-n（CO₃^2-）×2=0.03 mol×2-0.02 mol×2=0.02 mol
n（H₂O）=（3.640g-0.03mol×64g•mol^-1-0.02mol×17g•mol^-1-0.02mol×60g•mol^-1）/18g•mol^-1=0.01mol
所以x：y：z：n=0.03mol：0.02mol：0.02mol：0.01mol=3：2：2：1，則晶體的化學(xué)式為Cu₃（OH）₂（CO₃）₂•H₂O或Cu（OH）₂•2CuCO₃•H₂O；
故答案為：取最后一次洗滌液少許與試管中，加入鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若有白色沉淀產(chǎn)生，則未洗凈，反之洗凈；Cu₃（OH）₂（CO₃）₂•H₂O或Cu（OH）₂•2CuCO₃•H₂O；
（5）根據(jù)題給Cu（OH）₂的溶度積即可確定pH=8時(shí)，c（OH^-）=10^-6mol/L，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，則：c（Cu²⁺）=$\frac{2.2×1{0}^{-20}}{（1×1{0}^{-6}）^{2}}$=2.2×10^-8mol•L^-1；
在0.1mol•L^-1硫酸銅溶液中通入過量H₂S氣體，使Cu²⁺完全沉淀為CuS，此時(shí)溶液中的溶質(zhì)為硫酸，c（SO₄^2-）不變，為0.1mol•L^-1，由電荷守恒可知c（H⁺）為0.2mol•L^-1；
故答案為：2.2×10^-8；0.2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備、溶液配制、物質(zhì)化學(xué)式的確定、溶度積及其計(jì)算等知識(shí)，題目難度較大，側(cè)重于考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和計(jì)算能力．