Question

【题目】实验室以废铜屑(含少量Fe、不溶性杂质)为原料制取CuSO4·5H2O晶体和[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体，其实验流程如下：

　

(1)氧化时先加入一定量3 mol/L H2SO4，再调节浓硝酸的用量至为2.0左右时，铜粉和浓硝酸完全反应，主要反应的化学方程式为_______。

硝酸过量对产品的影响为________________________________。

(2)废铜屑的氧化在如图1所示的装置中进行。从长导管中通入氧气的作用是___________。保持试剂的用量不变，实验中提高Cu转化率的操作有____________(写一种)。

(3)调节溶液pH应在3.5～4.5范围的原因是______________________。

(4)已知：[Cu(NH3)4]2+Cu2++4NH3；CuSO4、(NH4)2SO4难溶于乙醇。结合图2，[Cu(NH3)4]SO4·H2O在乙醇水混合液中的溶解度随乙醇浓度变化曲线，补充完整由加足量氨水后所得的[Cu(NH3)4]SO4溶液制备[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体的实验方案：______________ (实验中必须使用的试剂和仪器：无水乙醇、乙醇－水混合液、BaCl2溶液、真空干燥箱)。

Answer 1

【答案】Cu+2HNO3+H2SO4CuSO4+2NO2↑+2H2O 降低产品的产率和纯度 防止倒吸，使尾气中的氮氧化物能被完全吸收 适当提高反应温度、加快搅拌速率 使Fe3＋完全水解转化为Fe(OH)3沉淀除去，而Cu2＋留在溶液中 将[Cu(NH3)4]SO4溶液加入无水乙醇中，过滤，所得沉淀先用乙醇－水混合液洗涤，至最后的洗涤滤液中滴加BaCl2溶液无沉淀生成，再将晶体用无水乙醇洗涤，放入真空干燥箱中干燥

【解析】

(1)Cu与浓硝酸、硫酸发生氧化还原反应产生CuSO4、NO2和H2O，根据原子守恒、电子守恒书写反应方程式；结合物质成分分析Cu、HNO3的物质的量比例关系；

(2)从安全角度和环保角度分析通入O2的原因；根据影响反应速率的因素分析；

(3)根据Fe3+、Cu2+形成沉淀需要的溶液的pH分析；

(4)根据CuSO4、(NH4)2SO4、[Cu(NH3)4]SO4·H2O难溶于乙醇，乙溶于水，而[Cu(NH3)4]SO4·H2O在乙醇与水混合溶液中的溶解度随乙醇含量的增大而减小分析。

(1) Cu与浓硝酸、硫酸发生氧化还原反应产生CuSO4、NO2和H2O，根据原子守恒、电子守恒书写反应方程式为Cu+2HNO3+H2SO4CuSO4+2NO2↑+2H2O；在反应时为保证制取的CuSO4纯度，要严格控制HNO3的用量，尽可能使硝酸完全反应转化为NO2气体逸出，若硝酸过量，则反应后的溶液中含有过量的硝酸，则制取得到的CuSO4产品中混有Cu(NO3)2，导致产品的纯度降低，且会是CuSO4的产率也减小；

(2)从长导管中通入氧气，可以防止因NO2在NaOH溶液中的溶解而产生的装置内气体压强减小，从而引起倒吸现象的发生；且能使反应产生的NO反应变为NO2，再被NaOH溶液完全吸收，就避免了氮氧化合物对大气造成的污染；

Cu是固体物质，在保持试剂的用量不变，在实验中若要提高Cu转化率，可通过适当提高反应温度、加快搅拌速率使反应物充分接触实现；

(3)在废铜屑中含少量Fe，在用浓硝酸与硫酸混合液氧化Cu时，Fe被氧化变为Fe3+，由于Fe3+形成Fe(OH)3沉淀，沉淀完全时溶液的pH=3.2，调节溶液pH应在3.5～4.5范围，就可以使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀除去，而Cu2＋仍留在溶液中，以保证制取得到纯净的CuSO4；

(4)将制得的[Cu(NH3)4]SO4溶液加入无水乙醇中，由图象可知[Cu(NH3)4]SO4·H2O在无水乙醇中不能溶解，就会析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉淀，然后过滤得到[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉淀，所得沉淀中混有杂质CuSO4、(NH4)2SO4，先用乙醇－水混合液洗涤，除去杂质，然后根据BaSO4是白色不溶于水的沉淀，通过检验洗涤液中是否含有SO42-，来判断沉淀是否洗涤干净，向最后的洗涤滤液中滴加BaCl2溶液无沉淀生成，说明沉淀洗涤干净，最后再将晶体用无水乙醇洗涤，放入真空干燥箱中干燥，就得到[Cu(NH3)4]SO4·H2O。