Question

14．实验室利用铜屑、硝酸和硫酸的混酸为原料制备硫酸铜晶体．结合具体操作过程回答下列问题．
（1）配制混酸：将3mol/L的硫酸（密度1.180g/cm³）与15mol/L的浓硝酸（密度1.400g/cm³）按体积比5：1混合后冷却．
①计算混酸中硫酸的质量分数为20%；
②取1g混酸，用水稀释至20.00mL，用0.5mol/L烧碱进行滴定，消耗标准烧碱溶液的体积为12.33mL．
（2）灼烧废铜屑：称量一定质量表面含油污的纯铜屑（铜含量为99.84%），置于坩埚中灼烧，将油污充分氧化后除去，直至铜屑表面均呈黑色．冷却后称量，固体质量比灼烧前增加了3.2%．
①固体中氧元素的质量分数为0.033（保留3位小数）；
②固体中铜与氧化铜的物质的量之比为45：7．
（3）溶解：称取2.064g固体，慢慢分批加入一定质量的混酸，恰好完全反应．列式计算产生NO气体体积在标准状况下的体积（设硝酸的还原产物只有NO）．
（4）结晶：将反应后的溶液水浴加热浓缩后冷却结晶，析出胆矾晶体．
①计算反应后溶液中CuSO₄的物质的量是0.0268 mol；
②若最终得到胆矾晶体质量为6.400g，胆矾的产率为82%．（精确到1%）

Answer 1

分析 （1）①硫酸的质量分数等于硫酸溶质的质量除以混合溶液的质量；
②氢离子的物质的量与氢氧根的物质的量相等；
（2）①质量增重为O元素；
②O元素的物质的量等于氧化铜的物质的量；
（3）103.2g混合物含铜1.35mol，根据电子得失守恒计算一氧化氮的物质的量；
（4）①固体中含铜0.027mol，氧化铜0.0042mol．设加入的混酸中H₂SO₄与HNO₃的物质的量均为amol，恰好完全反应后溶液中溶质为CuSO₄和Cu（NO₃）₂，根据电荷守恒解题；
②固体中含铜0.027mol，氧化铜0.0042mol，根据铜元素守恒计算理论产量．

解答 解：（1）①硫酸的质量分数：$\frac{3×0.005×98}{5×1.180+1×1.400}$=20%，故答案为：20%；
②质量为7.3g的混酸中含有硫酸0.015mol、硝酸0.015mol，共0.045molH⁺．则1g混酸中含有H⁺为6.164×10^-3mol，中和时需要NaOH溶液的体积是12.33mL，故答案为：12.33；
（2）①设铜屑有100g，则含铜99.84g，灼烧后的质量为103.2g，则氧元素的质量为3.36g．氧元素的质量分数为$\frac{3.36}{103.2}$=0.033，故答案为：0.033；
②若混合物为103.2g，则含氧化铜的物质的量为$\frac{3.36}{16}$=0.21mol，含铜$\frac{103.2-0.21×80}{64}$=1.35mol，铜与氧化铜的物质的量之比为45：7，故答案为：45：7；
（3）103.2g混合物含铜1.35mol，2.064g固体中含铜0.027mol．根据电子得失守恒可知一氧化氮的物质的量为$\frac{0.027×2}{3}$=0.018mol，其体积为0.018×22.4×1000=403.2mL，故答案为：403.2mL；
（4）①固体中含铜0.027mol，氧化铜0.0042mol．设加入的混酸中H₂SO₄与HNO₃的物质的量均为amol，恰好完全反应后溶液中溶质为CuSO₄和Cu（NO₃）₂，则有电荷守恒：
2×（0.027+0.0042）=2a+a-0.018；
解得a=0.0268mol．
溶液中CuSO₄的物质的量为0.0268mol，故答案为：0.0268 mol；
②胆矾的理论产量为（0.027+0.0042）×250=7.8g，产率为$\frac{6.4}{7.8}$=82%，故答案为：82%．

点评 本题考查制备实验方案的设计，主要考查物质含量的计算，侧重于实验原理的考查，注意用守恒法解题，题目难度中等．