Question

19．堿式碳酸銅可用于生產(chǎn)木材防腐劑等．工業(yè)上可用微蝕刻廢液（含有一定量Cu²⁺、H⁺、SO₄^2-、H₂O₂和微量Fe³⁺）制備高純度堿式碳酸銅，其制備過(guò)程如下：
（1）試劑1最好選用c．
a．Fe₂O₃    b．CaCO₃    C．CuO
（2）加入Na₂CO₃沉淀前須除去Fe³⁺，否則Fe₂（SO₄）₃會(huì)與Na₂CO₃反應(yīng)，產(chǎn)生一種氣體，同時(shí)生成NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂沉淀，影響產(chǎn)品質(zhì)量，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式6Na₂CO₃+3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O=2NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂+6CO₂↑+5Na₂SO₄．
（3）加入Na₂CO₃沉淀時(shí)，反應(yīng)液pH對(duì)產(chǎn)品中SO₄^2-的含量以及反應(yīng)液中Cu²⁺沉淀效率的影響如下圖所示，第二次沉淀時(shí)溶液pH最好控制在8.5．
（4）所制得的堿式碳酸銅的組成可表示為：xCuCO₃•yCu（OH）₂•zH₂O，要測(cè)定其組成，甲同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案中需要如下五個(gè)步驟：①稱取12.0克的樣品；②高溫分解；③測(cè)出生成CO₂的質(zhì)量為2.2克；④測(cè)出生成水蒸氣的質(zhì)量為1.8克；⑤稱量生成CuO的質(zhì)量為8.0克．而乙同學(xué)認(rèn)為除步驟②外，實(shí)驗(yàn)只需測(cè)定四個(gè)量中的部分?jǐn)?shù)據(jù)即可，則合理的組合為①③④或①③⑤或③④⑤等（填序號(hào)，寫一組即可）．根據(jù)你的選擇，計(jì)算出堿式碳酸銅的組成，寫出計(jì)算過(guò)程．CO₂的物質(zhì)的量為$\frac{2.2g}{44g/mol}$=0.05mol、水的物質(zhì)的量為$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol，生成CuO的物質(zhì)的量為$\frac{8.0g}{80g/mol}$=0.1mol，根據(jù)原子守恒可知，碳、氫、銅的原子數(shù)目比為C：H：Cu=x：（2y+2z）：（x+y）=0.05：0.2：0.1，解得x：y：z=1：1：1，即樣品的組成為CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O．

Answer 1

分析 電子工業(yè)中刻蝕線路板的酸性廢液（含有一定量Cu²⁺、H⁺、SO₄^2-、H₂O₂和微量Fe³⁺）中加入CuO（或氫氧化銅、碳酸銅等）調(diào)節(jié)pH是鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過(guò)濾除去沉淀，在濾液中加碳酸鈉，生成堿式碳酸銅，過(guò)濾得到堿式碳酸銅固體；
（1）氧化銅和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水；
（2）Fe₂（SO₄）₃與Na₂CO₃反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體為CO₂，同時(shí)生成NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂沉淀，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，即反應(yīng)前后元素種類不變，原子種類、總個(gè)數(shù)和質(zhì)量都不變，可寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)圖中提供的信息可以判斷相關(guān)方面的問(wèn)題；
（4）依據(jù)質(zhì)量守恒定律可知樣品的總質(zhì)量等于二氧化碳、氧化銅及水的質(zhì)量和，則四個(gè)數(shù)值中只要有三個(gè)已知量即可求出另一個(gè)變量，借助原子守恒通過(guò)計(jì)算可計(jì)算出x、y、z的比值，確定堿式碳酸銅的組成．

解答 解：（1）加入試劑1的目的是除去廢液中的酸性物質(zhì)，試劑1最好選用氧化銅，這是因?yàn)檠趸�銅能夠除去硫酸，不帶入新的雜質(zhì)，故選：c；
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：6Na₂CO₃+3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O=2NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂+6CO₂↑+5Na₂SO₄，
故答案為：6Na₂CO₃+3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O=2NaFe₃（OH）₆（SO₄）₂+6CO₂↑+5Na₂SO₄；
（3）由圖3所示可知，溶液pH為8.5左右時(shí)，硫酸根離子含量最低，溶液中銅離子沉淀效率最高，因此第二次沉淀時(shí)溶液pH最好控制在8.5，
故答案為：8.5；
（4）只要知道樣品的總質(zhì)量、產(chǎn)物二氧化碳的質(zhì)量、水的質(zhì)量及氧化銅的質(zhì)量中的三個(gè)數(shù)值即可計(jì)算出樣品的組成，即只要知道①③④或①③⑤或③④⑤即可，由題中③測(cè)出生成CO₂的質(zhì)量為2.2克；④測(cè)出生成水蒸氣的質(zhì)量為1.8克；⑤稱量生成CuO的質(zhì)量為8.0克，可知CO₂的物質(zhì)的量為$\frac{2.2g}{44g/mol}$=0.05mol；水的物質(zhì)的量為$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol；生成CuO的物質(zhì)的量為$\frac{8.0g}{80g/mol}$=0.1mol，根據(jù)原子守恒可知，碳、氫、銅的原子數(shù)目比為C：H：Cu=x：（2y+2z）：（x+y）=0.05：0.2：0.1，解得x：y：z=1：1：1，即樣品的組成為CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O，
故答案為：①③④或①③⑤或③④⑤等；CO₂的物質(zhì)的量為$\frac{2.2g}{44g/mol}$=0.05mol、水的物質(zhì)的量為$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol，生成CuO的物質(zhì)的量為$\frac{8.0g}{80g/mol}$=0.1mol，根據(jù)原子守恒可知，碳、氫、銅的原子數(shù)目比為C：H：Cu=x：（2y+2z）：（x+y）=0.05：0.2：0.1，解得x：y：z=1：1：1，即樣品的組成為CuCO₃•Cu（OH）₂•H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)的操作與原理分析，涉及氧化還原反應(yīng)原理的應(yīng)用、物質(zhì)組成的探究與計(jì)算，掌握物質(zhì)性質(zhì)是關(guān)鍵，題目難度中等．