Question

【題目】硫酸銅是一種常見的化工產品，它在紡織、印染、醫藥、化工、電鍍以及木材和紙張的防腐等方面有極其廣泛的用途。實驗室制備硫酸銅的步驟如下：

①在儀器a中先加入20 g銅片、60 mL水，再緩緩加入 17 mL濃硫酸；在儀器b中加入39 mL濃硝酸；在儀器c中 加入20%的石灰乳150 mL。

②從儀器b中放出約5 mL濃硝酸，開動攪拌器，然后采用滴加的方式逐漸將濃硝酸加到儀器a中，攪拌器間歇開動。當最后一滴濃硝酸加完以后，完全開動攪拌器，等反應基本停止下來時，開始用電爐加熱直至儀器a中的紅棕色氣體完全消失，立即將導氣管從儀器c中取出，再停止加熱。

③將儀器a中的液體倒出，取出未反應完的銅片，溶液冷卻至室溫，析出藍色晶體。

試回答下列問題：

(1)儀器b的名稱為_______；將儀器b中液體滴入儀器a中的具體操作是_____________。

(2)寫出儀器a中反應的化學方程式:________________。

(3)步驟②中將導氣管先從儀器c中取出再停止加熱的目的是____________________。

(4)為提高尾氣吸收，防止空氣污染，下列裝置___________(填字母)適合吸收逸出的氣體(反應中產生的氣體因來不及被石灰乳吸收而逸出)。

(5)根據表中五水硫酸銅和硝酸銅在不同溫度下的溶解度，分析步驟③中溶液冷卻至室溫析出藍色晶體的主要原因：_________。除去硫酸銅晶體中的少量硝酸銅可采用____________方法，檢驗硝酸銅是否被除凈的方法：_____________。

(6)本實驗采用硝酸氧化法制取硫酸銅，工業上也常采用將銅在450 ℃左右焙燒，再與一定濃度的硫酸反應制取硫酸銅的方法。采用硝酸氧化法的優點在于__________________。

(7)用滴定法測定藍色晶體中Cu2+的含量。取a g試樣配成 100 mL 溶液，每次取 20. 00 mL，用 c mol L-1 EDTA (H2Y2－)標準溶液滴定至終點，平均消耗EDTA溶液bmL。 滴定反應為Cu2++ H2Y2－→CuY2－+2H+。計算藍色晶體中Cu2+質量分數w＝____________。

Answer 1

【答案】分液漏斗 旋轉玻璃塞，使分液漏斗頸上的小孔與玻璃塞上的凹槽對齊 Cu+H2SO4+2HNO3 =CuSO4+2NO2 ↑+2H2O 防倒吸 B 五水硫酸銅在室溫下的溶解度明顯小于硝酸銅的溶解度，易冷卻結晶析出 重結晶 取少量除雜后的樣品，溶于適量稀硫酸中，加入銅片，若不產生無色且遇空氣變為紅棕色的氣體，說明硝酸銅已被除凈 能耗低，且生成的NO2可以被堿液吸收制取硝酸鹽或亞硝酸鹽副產品

【解析】

三頸燒瓶中發生反應：Cu+H2SO4+2HNO3 =CuSO4+2NO2↑+2H2O，反應中Cu過量。步驟電爐加熱至儀器a中的紅棕色氣體完全消失，此時NO2會轉化為NO，NOx通入石灰乳中被部分吸收，來不被石灰乳吸收而逸出的氣體主要是NO，需要通入氧氣才能完全被NaOH溶液吸收。反應產生的反應完畢后，將溶液冷卻至室溫，由于硫酸銅的溶解度遠小于硝酸銅的溶解度，所以硫酸銅晶體會從溶液中析出。

(1)儀器b是分液漏斗；使用分液漏斗滴加液體時，應旋轉玻璃塞，使分液漏斗口徑上的小孔與玻璃塞下的凹槽對齊，便于液體順利流下。

(2)由題意可知，銅片與濃硫酸和濃硝酸反應制備硫酸銅的同時還生成紅棕色的NO2，反應的化學方程式為 Cu+H2SO4+2HNO3 =CuSO4+2NO2↑+2H2O。

(3)若先停止加熱，三頸燒瓶內溫度降低，氣體壓強減小，容易引起倒吸，故為防止倒吸，應先將導氣管從儀器c中取出，再停止加熱。

(4)逸出的氣體中除NO2還可能含有NO， NO2可以被NaOH溶液吸收，NO需在氧氣的作用下才能被 NaOH溶液吸收，故應選擇B裝置。

(5)由題表中數據可知，五水硫酸銅在室溫下的溶解度明顯小于硝酸銅的溶解度，溫度較低時易結晶析出。結晶析出的硫酸銅晶體中可能含有少量的硝酸銅，要除去硫酸銅晶體中的硝酸銅，可采用重結晶的方法。檢驗硝酸銅是否被除凈可以通過檢驗判斷，故可通過在酸性條件下與銅反應生成NO，NO遇空氣變為紅棕色的NO2的方法檢驗。

(6)焙燒氧化法需要在 450℃左右的較高溫度下進行，能量消耗大，而硝酸氧化法在常溫下就能進行，且生成的NO2通過微熱處理再趕入堿液中即可獲得硝酸鹽或亞硝酸鹽副產品。

(7)根據滴定反應 Cu2+ + H2Y2-→CuY2-+2H+及平均消耗 c molL-1 EDTA(H2Y2-)標準溶液b mL，可以得出100 mL溶液中n(Cu2+) =bc×10-3×5 mol，則藍色晶體中Cu2+的質量分數w= 。