Question

4．一学习小组利用如图所示装置，对某含少量Fe的废铜屑进行铜含量的测定，并探究利用其制备硫酸铜溶液．

（1）向A中加入10g废铜屑样品，关闭弹簧夹，打开B活塞向A注入足量稀硫酸后关闭．此时装置C中发生的现象是水面下降，水顺长导管排入D中．
（2）反应进行到A中不再产生气泡时，拆除C、D装置后，为了使A中固体全部消失，
①接下来的操作是：打开弹簧夹，持续将空气通入A中．
②该过程中发生反应的离子方程式是4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；；
③为使A中固体加快溶解速率，以下方法运用合理的是abde．
a．对A装置加热     b．向A内加入少量Fe₂O₃     c．向A内加入少量CuO
d．增大空气通入量   e．向A内加入少量FeSO₄     f．向A内加入少量H₂O
（3）待A中固体全部溶解后，再继续通入一段时间空气后，关闭弹簧夹，停止通入空气．将A中溶液倒入烧杯内，加入Cu₂（OH）₂CO₃将其调节至pH=4时，溶液中铁被完全沉淀，过滤后即得红褐色沉淀与硫酸铜溶液，此过程离子反应方程式是Cu₂（OH）₂CO₃+H⁺+Fe³⁺=2Cu²⁺+Fe（OH）₃↓+CO₂↑．
（4）有同学认为，可以不用测量气体法计算废铜屑中铜的质量百分含量，其具体操作步骤可续写为：将（4）中所得红褐色沉淀洗涤、干燥、称量、计算．

Answer 1

分析 （1）A中的废铜屑含有铁加入稀硫酸反应生成氢气，装置C是排水量气装置；
（2）①拆除C、D装置后，打开弹簧夹，持续将空气通入A中，至A中固体全部消失，再继续通入一段时间空气后，关闭弹簧夹，停止通入空气；
②依据酸性环境下氧气能够氧化二价铁离子生成三价铁离子，三价铁离子能够与铜反应生成铜离子与二价铁离子；
③加快A中的固体溶解速率增大，可以依据影响反应速率的因素分析；
（3）将A中溶液倒入烧杯内，加入Cu₂（OH）₂CO₃将其调节至pH=4时，溶液中铁被完全沉淀，过滤后即得红褐色沉淀与硫酸铜溶液，依据反应现象和反应物和产物分析书写离子方程式；
（4）测定沉淀质量计算铁元素质量来计算得到铜的质量分数．

解答 解：（1）A中的废铜屑含有铁加入稀硫酸反应生成氢气，装置C是排水量气装置，现象是C中液面下降，水被排到D中；
故答案为：水面下降，水顺长导管排入D中；
（2）①拆除C、D装置后，为了使A中固体全部消失，打开弹簧夹，持续将空气通入A中；
故答案为：打开弹簧夹，持续将空气通入A中；
②拆除C、D装置后，打开弹簧夹，持续将空气通入A中，生成的亚铁离子被空气中 的氧气氧化为铁离子，反应的离子方程式为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，
铁离子和铜反应生成亚铁离子，反应的离子方程式为：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
故答案为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
③为使A中固体加快溶解速率，
a．对A装置加热，温度升高会加快反应速率，故a正确；
b．向A内加入少量Fe₂O₃，溶解后自动铁离子浓度会提高溶解铜的反应速率，故b正确；
c．向A内加入少量CuO，和硫酸反应不能加快溶解速率，故c错误；
d．增大空气通入量，自动氧气浓度可以提高反应速率，故d正确；
e．向A内加入少量FeSO₄，增大了亚铁离子浓度能加快反应速率，故e正确；
f．向A内加入少量H₂O，稀释溶液浓度，反应速率减小，故f错误；
故答案为：abde；
（3）将A中溶液倒入烧杯内，加入Cu₂（OH）₂CO₃将其调节至pH=4时，溶液中铁被完全沉淀，过滤后即得红褐色沉淀与硫酸铜溶液，此过程离子反应方程式是：Cu₂（OH）₂CO₃+H⁺+Fe³⁺=2Cu²⁺+Fe（OH）₃↓+CO₂↑，
故答案为：Cu₂（OH）₂CO₃+H⁺+Fe³⁺=2Cu²⁺+Fe（OH）₃↓+CO₂↑；
（4）不用测量气体法，可以依据沉淀方法，测定沉淀氢氧化铁质量，计算铁元素质量，得到铜的质量，计算废铜屑中铜的质量百分含量，沉淀实验方法为：将得到的氢氧化铁沉淀洗涤、干燥、称量、计算，
故答案为：将（4）中所得红褐色沉淀洗涤、干燥、称量、计算．

点评 本题考查探究物质组成的实验，题目难度中等，明确常见物质的性质是解题关键，注意影响反应速率的因素，试题培养了学生的分析能力及化学实验能力．