Question

17．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步骤a中，还需要通入氧气和水，其目的是提高原料利用率，减少污染物的排放．
②根据下表数据，在保温去铁的过程中，为使Fe³⁺沉淀完全，可以向溶液中加入CuO，调节溶液的pH，根据下表数据，溶液的pH应保持在3.2～4.7范围．不用加水的方法调节溶液pH的主要原因是加水会将溶液稀释，不利于将滤液蒸发浓缩．
③进行蒸发浓缩时，要用硝酸调节溶液的pH=1，其原因是（结合离子方程式说明）由于Cu²⁺发生水解：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加入硝酸可以抑制硝酸铜的水解．
（2）图2是某小组同学查阅资料所绘出的硝酸铜晶体[Cu（NO₃）₂•nH₂O]的溶解度曲线（温度在30℃前后对应不同的晶体），下列说法正确的是b、d（填字母）．
a．A点时溶液为不饱和溶液
b．B点时两种晶体可以共存
c．按上述流程终得到晶体是Cu（NO₃）₂•3H₂O
d．若将C点时的溶液降温至30℃以下，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶体
（3）某些共价化合物（如H₂O、NH₃、N₂O₄等）在液态时有微弱的导电性主要是因为发生了电离，如：2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-，由此制备无水硝酸铜的方法之一是用Cu与液态N₂O₄反应．液态N₂O₄电离得到的两种离子所含电子数相差18，则液态N₂O₄电离的方程式是N₂O₄?NO⁺+NO₃^-；Cu与液态N₂O₄反应制得无水硝酸铜的化学方程是Cu+2N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑．

Answer 1

分析 粗铜（含Fe）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）①NO_x污染空气，NO_x可与氧气和水反应生成硝酸；
②根据实验目的可知，要让铁离子沉淀完全，铜离子不能形成沉淀，结合表格中的数据可判断PH范围，加水稀释会增大水的质量不利于后续滤液的蒸发结晶操作；
③加热促进铜离子的水解，用硝酸调节溶液的pH=1，增大氢离子浓度可以抑制铜离子的水解程度；
（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；
（3）依据2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-，类推结合题干信息写出电离方程式；从质量守恒的角度书写反应的化学方程式．

解答 解：（1）①NO_x可与氧气和水反应生成硝酸，提高了硝酸的利用率，NO_x是一类污染性的物质，与氧气和水反应后减少了污染物的排放，保护了环境，
故答案为：提高原料的利用率，减少污染物的排放；
②根据实验目的可知，要让Fe³⁺沉淀完全，Cu²⁺不能形成沉淀，氢氧化铁沉淀完全的PH为3.2，氢氧化铜开始沉淀时的pH为4.7，要让Fe³⁺沉淀完全，Cu²⁺不形成沉淀，溶液的PH应保持在3.2～4.7之间的范围；加水会使得溶液中溶剂的质量增加，将增大滤液蒸发结晶操作的难度，
故答案为：3.2～4.7；加水会将溶液稀释，不利于将滤液蒸发浓缩；
③进行蒸发浓缩时，温度较高，促进了铜离子的水解，Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，用硝酸调节溶液的pH=1，增大氢离子浓度可以水解平衡逆向移动，抑制铜离子的水解，
故答案为：由于Cu²⁺发生水解：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加入硝酸可以抑制硝酸铜的水解；
（2）a．在一定温度下，某固态物质在100g溶剂中达到饱和状态时所溶解的质量，叫做这种物质在这种溶剂中的溶解度溶解度，在溶解度曲线上方的溶液为过饱和溶液，可知图中曲线所有的点均为对应温度下的饱和溶液，故a错误；
b．B点表明在30℃时两种晶体的溶解度相等，B点为生成晶体的转折点，两种晶体可以共存，故b正确；
c．上述流程是在低温下进行的．最终得到的晶体是Cu（NO₃）₂•6H₂O，故c错误；
d．由图象可以看出，溶液降温至30℃以下，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶体，故d正确，
故答案为：bd．
（3）液态N₂O₄电离得到的两种离子所含电子数相差18，则液态N₂O₄电离的方程式是；N₂O₄?NO⁺+NO₃^-；Cu与液态N₂O₄反应制得无水硝酸铜，根据质量守恒和电子守恒可写出反应的化学方程式为Cu+2N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑，
故答案为：N₂O₄?NO⁺+NO₃^-；Cu+2N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑．

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．