Question

4．碱式碳酸铜【CuCO₃•Cu（OH）₂】是一种用途广泛的化工原料，可用于作有机催化剂，颜料制造，原油贮存时脱碱等，用废杂铜（主要成分为Cu，还含有少量杂质Fe）制取碱式碳酸铜的工艺流程如图所示．

（1）步骤①浸出时，硝酸浓度不易过大，其原因是硝酸的利用率低，产生的氮氧化物也多．
（2）步骤②分离前需将溶液pH调节在4左右，其目的是使Fe³⁺完全转化为沉淀、Cu²⁺不水解，所得废渣的主要成分为Fe（OH）₃．
（3）步骤③合成时，采用将NaHCO₃溶液迅速投入Cu（NO₃）₂溶液中，其主要原因是防止产生Cu（OH）₂沉淀；合成时发生反应的化学方程式为2Cu（NO₃）₂+4NaHCO₃=CuCO₃•Cu（OH）₂↓+4NaNO₃+3CO₂↑+H₂O．
（4）本实验中两次用到固液分离，本实验中最适合固液分离的设备是离心分离机．
（5）步骤⑤洗涤主要除去的杂质离子是Na⁺、NO₃^-．
（6）准确称取所得产品m g，放入碘量瓶中，加入2gKI及5mL3mol•L^-1稀硫酸（两试剂均过量）摇匀并静止10min（2Cu²⁺+4I-=2CuI↓+I₂），再加入2mL淀粉溶液，用cmol•L^-1 的Na₂SrO₂标准溶液滴定（I₂+2SrO${\;}_{4}^{2-}$=2I-+SrO${\;}_{4}^{2-}$），到滴定终点时消耗Na₂SrO₂标准溶液VmL，则样品中铜元素的质量分数为$\frac{6.4cV}{m}%$．

Answer 1

分析 用稀硝酸溶解废杂铜（主要成分为Cu，还含有少量杂质Fe），得到含有Cu²⁺、Fe³⁺的滤液，通过调节溶液pH为4左右，促进Fe³⁺的水解生成Fe（OH）₃并利用过滤除去，在只含有Cu²⁺的溶液里，加入NaHCO₃调节溶液pH至6.5～7.0，促进碱式碳酸铜的生成，并结合过滤、洗涤、干燥得到纯净的碱式碳酸铜；
（1）滴加稀硝酸的目的是溶解废杂铜中的金属铜和铁；        
（2）浸出液中含有杂质离子Fe³⁺，利用促进Fe³⁺水解的方法使之转化为Fe（OH）₃沉淀除去；
（3）NaHCO₃溶液显碱性，投入Cu（NO₃）₂溶液速率慢易促进Cu²⁺水解生成Cu（OH）₂，产物纯度降低，Cu（NO₃）₂和NaHCO₃反应生成碱性碳酸铜、硝酸钠及CO₂气体，可根据质量守恒和原子守恒写出此反应的方程式；
（4）固液分离的方法主要为过滤和离心分离机分离，其中离子机分离能减小产物的损失；
（5）反应后的混合液中主要含有Na⁺、NO₃^-，则沉淀的表面主要附着液中含有的离子也主要是Na⁺、NO₃^-；
（6）根据2Cu²⁺～I₂～2SrO₄^2-之间的关系式，利用消耗的标准液的物质的量计算Cu²⁺的物质的量，再计算铜元素的质量分数．

解答 解：用稀硝酸溶解废杂铜（主要成分为Cu，还含有少量杂质Fe），得到含有Cu²⁺、Fe³⁺的滤液，通过调节溶液pH为4左右，促进Fe³⁺的水解生成Fe（OH）₃并利用过滤除去，在只含有Cu²⁺的溶液里，加入NaHCO₃调节溶液pH至6.5～7.0，促进碱式碳酸铜的生成，并结合过滤、洗涤、干燥得到纯净的碱式碳酸铜；
（1）硝酸溶解废杂铜中的金属铜和铁时产生氮氧化物造成环境污染，且酸浸本身硝酸的利用率较低，故答案为：硝酸的利用率低，产生的氮氧化物也多；
（2）为促进Fe³⁺水解转化为Fe（OH）₃沉淀除去，同时避免Cu²⁺水解生成Cu（OH）₂，需要调整溶液pH调节在4左右，过虑得到的不溶物为Fe（OH）₃，
故答案为：使Fe³⁺完全转化为沉淀、Cu²⁺不水解；Fe（OH）₃；
（3）为防止Cu²⁺水解生成Cu（OH）₂，影响产物纯度和产量，需要快速加入NaHCO₃溶液，Cu（NO₃）₂和NaHCO₃发生反应的化学方程式为2Cu（NO₃）₂+4NaHCO₃=CuCO₃•Cu（OH）₂↓+4NaNO₃+3CO₂↑+H₂O，故答案为：防止产生Cu（OH）₂沉淀；2Cu（NO₃）₂+4NaHCO₃=CuCO₃•Cu（OH）₂↓+4NaNO₃+3CO₂↑+H₂O；
（4）固液分离时使用离心分离机分离比过滤操作效果好，能能减小产物的损失，故答案为：离心分离机；
（5）因滤液中含有Na⁺、NO₃^-，则沉淀洗涤的目的是除去附着液中含有的离子Na⁺、NO₃^-，故答案为：Na⁺、NO₃^-；
（6）根据关系式2Cu²⁺～I₂～2SrO₄^2-，消耗Na₂SrO₂的标准液的物质的量为：V×10-³L×cmol•L^-1=1×10^-3Vcmol，样品中Cu²⁺的物质的量为1×10^-3Vcmol，则样品中铜元素的质量分数为：$\frac{64g/mol×1×1{0}^{-3}Vcmol}{mg}×100%$=$\frac{6.4cV}{m}%$，故答案为：$\frac{6.4cV}{m}%$．

点评 本题考查了实验探究物质分离方法和物质性质的分析判断，涉及离子反应、产物纯度的计算等，掌握物质性质是关键，题目难度中等．