Question

9．以下是某实验小组用工业硫酸铜（含硫酸亚铁等杂质）进行提纯实验，得到纯净硫酸铜晶体的流程：（已知 lg2=0.3）

请回答下列问题：
（1）①步骤I先将原料溶于一定量的稀硫酸中，然后除去不溶性杂质，操作名称是过滤．若要检验溶液中含有的Fe²⁺，所用的试剂是K₃[Fe（CN）₆]
②步骤Ⅱ是为了除去Fe²⁺，常加入氧化剂使Fe²⁺氧化为Fe³⁺，最适合的物质是H₂O₂；
然后再加入适当物质调节溶液的pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃．为达到除去Fe³⁺而不损失CuSO₄的目的，调节溶液pH最好选用下列中的C．
A．NaOH      B．NH₃•H₂O     C．CuO     D．Cu
③已知常温下Fe（OH）₃的溶度积K_sp=8.0×10^-38，Cu（OH）₂的溶度积K_sp=3.0×10^-20，通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10^-5 mol•L^-1时就认为沉淀完全，设溶液中CuSO₄的浓度为3.0mol•L^-1，通过计算确定步骤Ⅱ调节溶液pH的合理范围为3.3～4．
（2）步骤Ⅲ中从硫酸铜溶液中得到胆矾，其实验基本操作为蒸发浓缩、冷却结晶过滤、洗涤和干燥．
（3）用滴定法测定CuSO₄•5H₂O的含量．取a g试样配成100mL溶液，取20.00mL用c mol/L 滴定剂（[H₂Y]^2-，滴定剂不与杂质反应）滴定至终点，消耗滴定剂bmL，滴定反应：Cu²⁺+[H₂Y]^2-=[CuY]^2-+2H⁺．则CuSO₄•5H₂O质量分数的表达式是$\frac{5bc}{4a}$．
下列操作会导致CuSO₄•5H₂O含量的测定结果偏高的是c．
a．滴定临近终点时，用洗瓶中的蒸馏水洗下滴定管尖嘴口的半滴标准液至锥形瓶中
b．滴定管用蒸馏水洗涤后，直接取20.00mL待测液于锥形瓶中
c．滴定前，滴定管尖端有气泡，滴定后气泡消失．

Answer 1

分析 （1）①不溶性杂质与溶液分离，利用过滤；检验溶液中含有的Fe²⁺，用K₃[Fe（CN）₆]（铁氰化钾）；
②滴加H₂O₂能将亚铁离子氧化；CuO使铁离子水解平衡正向移动；
③依据氢氧化铜饱和溶液中溶度积常数计算溶液中的氢离子浓度计算pH；结合氢氧化铁溶度积和残留在溶液中的离子浓度小于1×10^-5 mol•L^-1时就认为沉淀完全；
（2）从硫酸铜溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤干燥得到胆矾；
（3）计算n（Cu²⁺），可计算出CuSO₄•5H₂O的质量，进而计算质量分数；导致CuSO₄•5H₂O含量的测定结果偏高，应使滴定液的体积偏大．

解答 解：（1）①不溶性杂质与溶液分离，利用过滤，则操作为过滤，检验溶液中含有的Fe²⁺，用K₃[Fe（CN）₆]（铁氰化钾），观察是否有蓝色沉淀即可；
故答案为：过滤；K₃[Fe（CN）₆]；
②除杂过程中将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，需加入氧化剂，为了不加入新杂质，选择滴加H₂O₂；CuO使铁离子水解平衡正向移动，目的是调节溶液的酸性，使Fe³⁺水解全部转化为Fe（OH）₃沉淀；
故答案为：H₂O₂；C；
③Cu（OH）₂的溶度积K_sp=3.0×10^-20，溶液中CuSO₄的浓度为3.0mol•L^-1，c（Cu²⁺）=3.0mol•L^-1；依据溶度积常数c（Cu²⁺）×c²（OH^-）=3.0×10^-20；c²（OH^-）=$\frac{3.0×1{0}^{-20}}{3}$得到c（OH^-）=10^-10mol/L，依据水溶液中的离子积c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14；求的c（H⁺）=10^-4mol/L，溶液pH=4，则Cu（OH）₂开始沉淀时溶液的pH为4，残留在溶液中的离子浓度小于1×10^-5 mol•L^-1时就认为沉淀完全，Fe（OH）₃的溶度积K_sp=8.0×10^-38，c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=8.0×10^-38；c³（OH^-）=$\frac{8×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}$=8.0×10^-33；求的c（OH^-）=2×10^-11mol/L；水溶液中的离子积c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14；c（H⁺）=5×10^-4mol/L，则pH=3.3，为了使铁离子充分沉淀而铜离子不沉淀调节溶液pH的合理范围为3.3～4；
故答案为：3.3～4；
（2）从硫酸铜溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤干燥得到胆矾；
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；洗涤；
（3）20.00mLn（Cu²⁺）=n（H₂Y^2-）=bc×10^-3mol，
则ag试样中n（CuSO₄•5H₂O）=bc×10^-3mol×$\frac{100}{20}$=5bc×10^-3mol，
m（CuSO₄•5H₂O）=5bc×10^-3mol×250g/mol=1.25bcg，
则CuSO₄•5H₂O质量分数为$\frac{1.25bc}{a}$=$\frac{5bc}{4a}$；
a．滴定临近终点时，用洗瓶中的蒸馏水洗下滴定管尖嘴口的半滴标准液至锥形瓶中，对实验无影响，故a错误；
b．滴定管用蒸馏水洗涤后，直接注入待测液，取20.00mL进行滴定，会导致溶液浓度偏小，测定结果偏低，故b错误；
c．滴定前，滴定管尖端有气泡，滴定后气泡消失，会导致体积偏大，测定结果偏大，故c正确；
故答案为：$\frac{5bc}{4a}$；c．

点评 本题综合考查物质的制备，涉及物质的分离提纯、溶度积、滴定实验等知识点，侧重于综合考查学生的实验能力和数据分析计算能力，注意把握实验原理和实验方法，题目难度较大．