Question

4．某同学模拟工业上用废铜屑（杂质仅含有碳、油污）、稀硫酸和浓硝酸来制备五水硫酸铜：
主要反应原理为：Cu+2HNO₃+H₂SO₄═CuSO₄+2NO↑+2H₂O； 4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃
设计的反应装置如下：

实验步骤如下：
①将4.5g铜屑利用上图Ⅱ装置灼烧至表面呈现黑色，冷却；
②将铜屑放入装置Ⅰ的四口烧瓶中，加入25mL3mol•L^-1硫酸；
③打开活塞a、b，利用恒压滴液漏斗缓慢、分批加入7mL12mol•L^-1硝酸，同时缓缓通入氧气；
④用50℃到60℃水浴加热到反应完全；
⑤关闭活塞a，将储气装置换为蒸馏装置，85℃到90℃水浴加热至出现较多晶体，冷却，回收蒸馏所得液体；
⑥向四口烧瓶中加水溶解，将溶液转移至烧杯，经蒸发、冷却、过滤、洗涤、干燥得到五水硫酸铜晶体．
请回答下列问题：
（1）图Ⅱ中仪器a的名称为三脚架．
（2）检查装置Ⅰ气密性的方法是关闭活塞a，打开活塞b，向外拉动（或向下推动）活塞c，若一段时间后活塞c恢复至原位，说明气密性良好．
（3）第④步中当水浴加热到铜屑全部溶解时表示反应完全．
（4）储气装置除了储气和储液作用以外，还可以起到的作用是平衡气压，步骤⑤中蒸馏回收的溶液的溶质主要是HNO₃．
（5）这样得到的晶体中含有一定量的硝酸铜晶体，为了提高五水硫酸铜晶体的纯度，往往在蒸发前加入某种物质，该物质可以是B．
A．CuO       B．H₂SO₄       C．Cu₂（OH）₂CO₃       D．Na₂SO₄
（6）铜的含量可以用碘量法测定，其原理和方法为：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-．移取一定量的Cu²⁺溶液，加入过量的kl溶液摇匀，再加入少量的淀粉溶液，用Na₂S₂O₃标准溶液滴定．滴定管在加装溶液前需进行润洗，润洗的操作是：往滴定管中注入少量待装液，倾斜滴定管，小心转动，使待装液润湿整支滴定管内壁，把液体从滴定管尖嘴处放出，重复2到3次；当溶液颜色由蓝色刚好变为无色，且半分钟颜色稳定不变，即达滴定终点．

Answer 1

分析 将4.5g铜屑在坩埚中灼烧生成CuO，冷却后将氧化了的铜屑放入装置Ⅰ的四口烧瓶中，再加入25mL3mol•L^-1硫酸，同时利用恒压滴液漏斗缓慢、分批加入7mL12mol•L^-1硝酸，同时缓缓通入氧气，在水浴加热反应完全，利用储气装置收集氮氧化合物，最后向四口烧瓶中加水溶解，并将溶液转移至烧杯，经蒸发、冷却、过滤、洗涤、干燥得到五水硫酸铜晶体；
（1）图Ⅱ装置中坩埚应放置在三脚架上加热；
（2）检验装置气密性的常见方法是液压法或气压法，装置I的气密性ρ检查首先要形成一个密闭系统，再利用活塞C的移动来检查判断；
（3）当其中一种反应物完全反应掉说明反应完全，可根据铜屑固体的减小来判断反应进行的程度；
（4）储气装置除了储气和储液作用以外，通过活塞的移动，改变储气装置体积的变化，调整装置I内的气体压强；85℃到90℃水浴加热蒸馏，收集到的应该是沸点低于水浴温度的液体，可分析反应物中硝酸易挥发、硫酸是高沸点酸即可判断；
（5）为了提高五水硫酸铜晶体的纯度，需要除去混有的少量硝酸铜晶体，结合除杂原则，可向溶液里引入SO₄^2-；
（6）滴定管水洗后，需要用标准溶液润洗，且要重复操作2～3次；淀粉溶液为指示剂，当最后一滴Na₂S₂O₃溶液滴入时，溶液蓝色褪去，半分钟颜色不变，说明滴定到达终点．

解答 解：将4.5g铜屑在坩埚中灼烧生成CuO，冷却后将氧化了的铜屑放入装置Ⅰ的四口烧瓶中，再加入25mL3mol•L^-1硫酸，同时利用恒压滴液漏斗缓慢、分批加入7mL12mol•L^-1硝酸，同时缓缓通入氧气，在水浴加热反应完全，利用储气装置收集氮氧化合物，最后向四口烧瓶中加水溶解，并将溶液转移至烧杯，经蒸发、冷却、过滤、洗涤、干燥得到五水硫酸铜晶体；（1）图Ⅱ装置中仪器a为三脚架，故答案为：三脚架；
（2）检查装置Ⅰ气密性的操作方法是关闭活塞a，打开活塞b，向外拉动（或向下推动）活塞c，若一段时间后活塞c恢复至原位，说明气密性良好，故答案为：关闭活塞a，打开活塞b，向外拉动（或向下推动）活塞c，若一段时间后活塞c恢复至原位，说明气密性良好；
（3）随着反应的进行，铜屑固体体积不断减少，当铜屑完全溶解时可判断反应完全，故答案为：铜屑全部溶解；
（4）储气装置除了储气和储液作用以外，还可以通过容器的体积变化来调整装置I内气体压强，达到平衡气压的作用；因硝酸是易挥发性酸，则步骤⑤中蒸馏回收的溶液的溶质主要是硝酸，故答案为：平衡气压；HNO₃；
（5）通过加入稀硫酸并结合加热蒸馏除去少量硝酸铜晶体，提高五水硫酸铜晶体的纯度，故答案为：B；
（6）滴定管水洗后，润洗操作是往滴定管中注入少量待装液，倾斜滴定管，小心转动，使待装液润湿整支滴定管内壁，把液体从滴定管尖嘴处放出，重复2到3次；淀粉溶液为指示剂，当最后一滴Na₂S₂O₃溶液滴入时，I₂与Na₂S₂O₃恰好反应，I₂被完全消耗，溶液蓝色褪去，半分钟颜色不变，说明滴定到达终点，
故答案为：往滴定管中注入少量待装液，倾斜滴定管，小心转动，使待装液润湿整支滴定管内壁，把液体从滴定管尖嘴处放出，重复2到3次；由蓝色刚好变为无色．

点评 本题以硫酸铜晶体制备为载体，考查实验的基本操作及混合物的分离提纯，涉及装置气密性检查、蒸馏、滴定实验等，考查学生分析实验的能力和数据处理及计算能力，难度中等，要求学生要有扎实的基础知识和灵活应用知识解决问题的能力．