Question

某研究小组在实验室中以铜粉（含铁粉5%以上）为原料制取胆矾（CuSO₄?5H₂O）并检测其纯度．本题限选试剂：3mol?L^-1 H₂SO₄、浓硝酸、3%H₂O₂、0.2mol?L^-1 NaOH、20% KSCN．有关物质溶解度如下表（单位：g/100gH₂O）．

温度/℃	0	20	40	60	80	100
CuSO4	14.3	20.7	28.5	40.0	55.0	75.4
Cu（NO3）2	81.8	124.8	163.1	181.8	207.8	247.3

（1）在答题卡上补充完成制取胆矾的实验方案．

实验步骤	预期现象
步骤1：除铁．将铜粉置于烧杯中，   ．
步骤2：溶解．将步骤1得到的铜粉置于烧杯中，   ．
步骤3：结晶．将步骤2所得溶液蒸发浓缩至液面有晶膜出现，冷却至室温，过滤得粗产品．	/

（2）完成步骤1后，检验铜粉中的铁是否除净的实验操作是

 

．
（3）若胆矾中若含有少量Cu（NO₃）₂?3H₂O，测定其中CuSO₄?5H₂O的含量，实验步骤如下：称量胆矾样品的质量为m₁，加水溶解，滴加足量BaCl₂溶液，充分反应后过滤，将滤渣烘干、冷却，称得其质量为m₂．样品中CuSO₄?5H₂O的质量分数为

 

（列出算式．化学式量：CuSO₄-160；CuSO₄?5H₂O-250；Cu（NO₃）₂?3H₂O-242；BaSO₄-233）

Answer 1

分析：（1）由粗铜制取胆矾，应先除去铜中的杂质铁，根据铁铜的性质，选用3 mol?L^-1 H₂SO₄，铁与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，而铜不反应，反应完毕通过过滤、洗涤得到纯铜；铜和稀硫酸不反应，所以还需加入硝酸把铜氧化，铜把硝酸还原为氮的氧化物；
（2）检验铁的存在，根据所给试剂，用KSCN，而硫氰化钾遇铁离子显红色，所以应先用硫酸溶解铜粉，使其中的铁溶解，再滴加少量3%H₂O₂溶液把亚铁离子氧化为铁离子，再滴加几滴20%KSCN溶液看溶液是否变红来检验铁的存在；
（3）硫酸铜与氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，而硝酸铜与氯化钡不反应，故可根据沉淀的量计算出硫酸铜晶体的质量，进而求得硫酸铜晶体的质量分数．

解答：解：（1）由粗铜制取胆矾，应先除去铜中的杂质铁，根据铁铜的性质，选用3 mol?L^-1 H₂SO₄，铁与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，而铜不反应，所以反应现象为有无色气泡产生，溶液由无色变成浅绿色．反应完毕通过过滤、洗涤得到纯铜；铜和稀硫酸不反应，所以还需加入硝酸把铜氧化为铜离子，铜把硝酸还原为氮的氧化物，所以看到的现象应为：有红棕色气体产生，溶液由无色变成蓝色．
故答案为：

实验步骤	预期现象
步骤1：加入足量3 mol?L-1 H2SO4，充分反应后过滤，充分洗涤滤渣．	有无色气泡产生，溶液由无色变成浅绿色．
步骤2：加入适量3 mol?L-1 H2SO4，再缓慢、分批地加入浓HNO3，边加边搅拌直至铜粉完全溶解．	有红棕色气体产生，溶液由无色变成蓝色．

（2）检验铁的存在，根据所给试剂，用KSCN，而硫氰化钾遇铁离子显红色，所以应先用硫酸溶解铜粉，使其中的铁溶解，再滴加少量3%H₂O₂溶液把亚铁离子氧化为铁离子，再滴加几滴20%KSCN溶液看溶液是否变红来检验铁的存在，若变红，说明铜中铁没有除净，若不变色，证明除净，
故答案为：取少量铜粉于试管中，加入少量3 mol?L^-1 H₂SO₄溶液，充分振荡后取上层溶液于另一试管中，滴加少量3%H₂O₂溶液，再滴加几滴20%KSCN溶液；
（3）硫酸铜与氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，而硝酸铜与氯化钡不反应，故m₂为硫酸钡的质量．故可根据沉淀的量计算出硫酸铜晶体的质量，进而求得硫酸铜晶体的质量分数．
   CuSO₄+BaCl₂═BaSO₄↓+CuCl₂
    1mol        233
   n（ CuSO₄）   m₂
     n（ CuSO₄）=

m2

233

mol，
n（CuSO₄?5H₂O=n（ CuSO₄）=

m2

233

mol，
样品中CuSO₄?5H₂O的质量分数为：

m(CuSO4?5H2O)

m1

×100%=

m2 233 ×250

m1

×100%=

250m2

233m1

×100%，
故答案为：

250m2

233m1

×100%．

点评：本题综合考查了物质制备实验方案的设计、离子的检验及纯度的计算，题目较难．此类题一般思路为从实验目的出发，结合题目给提供的试剂，设计正确的实验方案，按题目要求作答．