Question

(13分)实验室以含有少量铁的粗铜粉和硫酸与硝酸的混合溶液为原料制备CuSO4·5H2O(胆矾)晶体。设计的工艺流程图如下：

请回答下列问题：

（1）根据反应原理，操作①所需的混酸溶液中硝酸和硫酸的理论配比(物质的量之比)为________。操作②中需要把NO与_____气体混合通入水中，混入该气体的目的是__________________________(用化学方程式表示)。

（2）溶液I中存在一定浓度的Fe3+、Cu2+，在该浓度时生成氢氧化物沉淀的pH如下表。操作③中某学生设计物质X为H2O，若加水调整溶液pH，则Fe(OH)3开始沉淀的pH_______1.9(填“<”、“＞”或“=”)；而实际操作中一般不用此法调节溶液pH，其主要原因是___________________。

（3）操作④中物质Y为_______。查阅资料知CuSO4·5H2O的溶解度曲线如图所示，则操作⑤应采取的措施是蒸发浓缩、______________、过滤、洗涤、干燥等。

（4）为测定胆矾中结晶水的数目，称取25.0g胆矾品体在坩埚中加热，固体质量随温度升高而变化的曲线如图。

当固体质量为8.0g时，观察到固体完全呈黑色。请列式计算开始称取的胆矾中结晶水的数目。

Answer 1

（1）2：3；O2；2NO＋O2＝2NO2、3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO（或4NO＋2H2O＋3O2＝4HNO3）

（2）＞ 不利于蒸发浓缩 （3）H2SO4 冷却至30℃以下结晶 （4）5

【解析】

试题分析：（1）根据离子方程式3Cu＋2NO3－＋8H＋＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O可知2mol硝酸根需要8mol氢离子，当2mol硝酸只能提供2mol氢离子，所以还需要3mol硫酸提供6mol氢离子，则操作①所需的混酸溶液中硝酸和硫酸的理论配比为2：3；NO要转化为硝酸，需要通入氧化剂氧气，有关反应的方程式为2NO＋O2＝2NO2、3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO。

（2）根据表中数据可知当pH大于1.9时开始析出氢氧化铁沉淀。如果加水调节pH，则由于溶剂过多而不利于后续的蒸发浓缩。

（3）从溶液中得到硫酸铜晶体时为防止铜离子水解，需要加入稀硫酸再蒸发浓缩。根据图像可知温度超过30℃时胆矾会失去部分结晶水，所以则操作⑤应采取的措施是蒸发浓缩、冷却至30℃以下结晶、过滤、洗涤、干燥等。

（4）设胆矾晶体为CuSO4·xH2O

CuSO4·xH2O～～～CuO

160+18x 80

25.0g 8.0g

则

解得x＝5

考点：考查胆矾制备的有关实验设计与探究