Question

11．工业上制备 Cu（NO₃）₂•6H₂O的流程如下：

（1）步骤1中向装置内通入氧气可提高原料转化率、减少空气污染．用化学用语解释其原因氮氧化物和氧气、水反应生成硝酸，从而减少氮氧化物的排放，则降低空气污染
（2）步骤2中
①调节pH值为使Fe³⁺沉淀完全，可以向溶液中加入cd（填字母）．
a．NaOH溶液            b．氨水           c．Cu（OH）₂　　　　d．CuO
②根据下表数据，溶液的 pH应保持在3.2≤pH值＜4.7范围

	氢氧化物开始沉淀时的pH	氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe3+	1.9	3.2
Cu2+	4.7	6.7

（3）步骤3中，要用硝酸调节溶液的pH=1，应用平衡原理解释其原因为硝酸铜水解生成氢氧化铜和硝酸，加入硝酸抑制硝酸铜水解，得到较纯净的Cu（NO₃）₂•6H₂O
（4）在硝酸铜溶液中，各种离子浓度由大到小的顺序是c（NO₃^-）＞c（Cu²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（5）步骤4的操作I应该为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
根据不同硝酸铜晶体的溶解度曲线（如图所示）该操作温度应控制在 25～30℃，原因为温度高于30℃时，Cu（NO₃）₂•6H₂O水生成Cu（NO₃）₂•3H₂O．

Answer 1

分析 粗铜中含有Fe，将粗铜溶于硝酸，因为硝酸过量，粗铜和硝酸反应生成硝酸铜、硝酸铁和氮氧化物，调节溶液的pH，将铁离子转化为氢氧化铁沉淀，然后过滤得到的滤渣为Fe（OH）₃，向滤液中加入稀硝酸并调节溶液的pH至1，硝酸铜水解生成氢氧化铜导致产率降低，为防止硝酸铜水解，所以调节溶液的pH至1，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到 Cu（NO₃）₂•6H₂O；
（1）氮氧化物和氧气、水反应生成硝酸，从而减少氮氧化物的生成；
（2）①调节pH值为使Fe³⁺沉淀完全，加入的物质能和酸反应而调节溶液的pH值，且不能引进新的杂质；
②调节溶液的pH使铁离子完全转化为沉淀，而铜离子不能转化为沉淀；
（3）步骤3中，要用硝酸调节溶液的pH=1，硝酸具有酸性，能抑制硝酸铜水解；
（4）硝酸铜是强酸弱碱盐，铜离子水解导致溶液呈酸性，但其水解程度较小，硝酸根离子不水解，据此判断该溶液中各种离子浓度由大到小顺序；
（5）从溶液中得到晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶的方法，然后过滤、洗涤、干燥得到晶体；温度高于30℃时，Cu（NO₃）₂•6H₂O水生成Cu（NO₃）₂•3H₂O．

解答 解：粗铜中含有Fe，将粗铜溶于硝酸，因为硝酸过量，粗铜和硝酸反应生成硝酸铜、硝酸铁和氮氧化物，调节溶液的pH，将铁离子转化为氢氧化铁沉淀，然后过滤得到的滤渣为Fe（OH）₃，向滤液中加入稀硝酸并调节溶液的pH至1，硝酸铜水解生成氢氧化铜导致产率降低，为防止硝酸铜水解，所以调节溶液的pH至1，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到 Cu（NO₃）₂•6H₂O；
（1）氮氧化物和氧气、水反应生成硝酸，从而减少氮氧化物的生成，则减少空气污染，
故答案为：氮氧化物和氧气、水反应生成硝酸，从而减少氮氧化物的排放，则降低空气污染；
（2）①调节pH值为使Fe³⁺沉淀完全，加入的物质能和酸反应而调节溶液的pH值，且不能引进新的杂质，
ab都引进新的杂质，不符合；cd能和酸反应调节溶液的pH值，且不引进新的杂质，符合条件，
故选cd；
②调节溶液的pH使铁离子完全转化为沉淀，而铜离子不能转化为沉淀，根据表中数据知，则溶液的pH调节为3.2≤pH值＜4.7，故答案为：3.2≤pH值＜4.7；
（3）步骤3中，硝酸铜为强酸弱碱盐，铜离子水解生成氢氧化铜和硝酸，为防止铜离子水解，调节溶液的pH=1，
故答案为：硝酸铜水解生成氢氧化铜和硝酸，加入硝酸抑制硝酸铜水解，得到较纯净的Cu（NO₃）₂•6H₂O；
（4）硝酸铜是强酸弱碱盐，铜离子水解导致溶液呈酸性，但其水解程度较小，硝酸根离子不水解，据此判断该溶液中各种离子浓度由大到小顺序为c（NO₃^-）＞c（Cu²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故答案为：c（NO₃^-）＞c（Cu²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（5）从溶液中得到晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶的方法，然后过滤、洗涤、干燥得到晶体；温度高于30℃时，Cu（NO₃）₂•6H₂O水生成Cu（NO₃）₂•3H₂O，为了得到较多的Cu（NO₃）₂•6H₂O，温度控制在 25～30℃，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；温度高于30℃时，Cu（NO₃）₂•6H₂O水生成Cu（NO₃）₂•3H₂O．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，侧重考查学生对化学工艺流程的理解和分析，明确流程图中发生的反应、基本操作、物质的成分及其性质是解本题关键，难点是（2）题pH值的调节范围判断，只要调节溶液的pH值大于铁离子完全沉淀而小于铜离子产生沉淀的即可．