Question

（1）工业上以粗铜为原料采取如图1所示流程制备硝酸铜晶体：

①在步骤a中，还需要通入氧气和水，其目的是

 

．
②在保温去铁的过程中，为使Fe³⁺沉淀完全，根据下表数据，溶液的pH值应保持在

 

范围．调节pH值时，可以向溶液中加入的试剂是

 

（a） NaOH溶液      （b） 氨水        （c） Cu（OH）₂        （d） CuO

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

③在操作Ⅰ之前，对滤液用HNO₃调节pH值至1，其目的是（结合离子方程式说明）

 

．
④从滤液中制取硝酸铜晶体的操作Ⅰ的具体步骤是

 

．
（2）图2是某小组学生查阅资料后所绘出的硝酸铜晶体[Cu（NO₃）₂?nH₂O]的溶解度曲线（温度在30℃左右对应不同的晶体），下列说法正确的是

 

a．A点时的溶液为不饱和溶液
b．B点时两种晶体可以共存
c．按上述流程最终得到的晶体一定是Cu（NO₃）₂?3H₂O
d．若将C点时的溶液降温至30°C以下，可以析出Cu（NO₃）₂?6H₂O晶体．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）粗铜中加入稀硝酸，Fe、Cu和稀硝酸反应生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同时生成氮氧化物，氮氧化物和水反应生成硝酸，能循环利用，调节溶液的pH，将Fe（NO₃）₃转化为Fe（OH）₃沉淀，然后过滤得到滤渣，滤液为Cu（NO₃）₂溶液，向滤液中加入稀硝酸并调节溶液的pH，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硝酸铜晶体，
①氮氧化物和氧气、水反应生成硝酸，提高原料利用率；
②调节溶液的pH使氢氧化铁完全沉淀，铜离子不产生沉淀，据此判断溶液的pH；加入的物质不能引进新的杂质，且要将铁离子转化为沉淀，增大溶液的pH；
③酸性条件下能抑制铜离子水解；
④从溶液中得到晶体需要蒸发浓缩、冷却结晶和过滤洗涤；
（2）a．在溶解度曲线上方的溶液为过饱和溶液；
b．B点时两种晶体在水溶液中都达到饱和；
c．结晶温度较低，晶体Cu（NO₃）₂?6H₂O析出；
d．若将C点时的溶液降温至30°C以下，如果溶液为过饱和溶液，可以析出Cu（NO₃）₂?6H₂O晶体．

解答： 解：（1）粗铜中加入稀硝酸，Fe、Cu和稀硝酸反应生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同时生成氮氧化物，氮氧化物和水反应生成硝酸，能循环利用，调节溶液的pH，将Fe（NO₃）₃转化为Fe（OH）₃沉淀，然后过滤得到滤渣，滤液为Cu（NO₃）₂溶液，向滤液中加入稀硝酸并调节溶液的pH，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硝酸铜晶体，
①氮氧化物有毒，且NO不和水反应，通入氧气和水，氮氧化物和氧气、水反应生成硝酸，硝酸能循环利用，从而提高原料利用率，且减少污染物的排放，
故答案为：将NO_x转化为硝酸，提高原料的利用率，减少污染物的排放；
②调节溶液的pH使氢氧化铁完全沉淀，铜离子不产生沉淀，当溶液的pH在1.9～3.2之间，铁离子沉淀，而铜离子不产生沉淀，pH为4.7时铜离子产生沉淀，所以调节溶液的pH为3.2--4.7；加入的物质不能引进新的杂质，且要将铁离子转化为沉淀，增大溶液的pH，氨水和NaOH引进新的杂质，CuO和氢氧化铜能和氢离子反应从而升高溶液的pH，故选cd，
故答案为：3.2--4.7；cd；
③铜离子水解生成氢氧化铜和氢离子，水解方程式为Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加入稀硝酸能抑制硝酸铜溶解，故答案为：由于铜离子水解，Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加入HNO₃能抑制硝酸铜水解；
④从滤液中制取硝酸铜晶体的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤；
（2）a．在溶解度曲线上方的溶液为过饱和溶液，所以A点时的溶液为饱和溶液，故错误；
b．根据图象知，B点时两种晶体在水溶液中都达到饱和，所以二者可以共存，故正确；
c．结晶温度较低，晶体以Cu（NO₃）₂?6H₂O析出，故错误；
d．若将C点时的溶液降温至30°C以下，如果溶液为过饱和溶液，根据图象知，可以析出Cu（NO₃）₂?6H₂O晶体，故正确；
故选bd．

点评：本题以铜和酸的反应为载体考查混合物的分离和提纯，根据物质的性质、基本操作从整体上分析流程图中各个步骤发生的反应，知道图2中曲线上、下区域表示的含义，注意盐类水解的影响因素，题目难度中等．