Question

12．某銅礦石中銅元素含量較低，且含有鐵、鎂、鈣等雜質(zhì)離子．某小組在實(shí)驗(yàn)室中用浸出萃取法制備硫酸銅：

（1）操作Ⅰ為過(guò)濾．操作Ⅱ用到的玻璃儀器有燒杯、分液漏斗．
（2）操作Ⅱ、操作Ⅲ的主要目的是除去雜質(zhì)、富集銅元素．
（3）小組成員利用CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合反應(yīng)，制備環(huán)保型木材防腐劑Cu₂（OH）₂CO₃懸濁液．多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)所得藍(lán)色懸濁液顏色略有差異，查閱資料表明，可能由于條件控制不同使其中混有較多Cu（OH）₂或Cu₄（OH）₆SO₄．
已知Cu（OH）₂、Cu₂（OH）₂CO₃，Cu₄（OH）₆SO₄均難溶于水，可溶于酸；分解溫度依次為80℃、200℃、300℃．
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)懸濁液成分，完成表中內(nèi)容．
限選試劑：2 mol•L^-1 HCl、1 mol•L^-1 H₂SO₄、0.1 mol•L^-1 NaOH、0.1 mol•L-1BaCl₂、蒸餾水．儀器和用品自選．

實(shí)驗(yàn)步驟	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
步驟1：取少量懸濁液，過(guò)濾，充分洗滌后，取濾渣于試管中，加入過(guò)量2mol/L的鹽酸溶液，充分振蕩，再滴加幾滴0.1mol/L氯化鋇溶液	有白色沉淀生成說(shuō)明懸濁液中混有Cu4（OH）6SO4．
步驟2：另取少量懸濁液于試管中，將試管放入裝有沸水的小燒杯中水浴加熱一段時(shí)間取出試管觀察	試管中有黑色固體生成，說(shuō)明懸濁液中混有Cu（OH）2．

（4）上述實(shí)驗(yàn)需要100 mL 0.5 mol•L^-1的CuSO₄溶液，配制時(shí)需稱取12.5g CuSO₄•5H₂O（化學(xué)式量：250）．

Answer 1

分析 銅礦石溶于酸，然后采用過(guò)濾方法將難溶性固體和溶液分離，則操作I為過(guò)濾；然后向?yàn)V液中加入有機(jī)物采用萃取方法將含銅物質(zhì)和溶液分離，所以操作II為萃取，得到的有機(jī)相中含有銅元素，再采用硫酸最萃取劑將含銅有機(jī)相萃取，得到硫酸銅溶液和有機(jī)相，將硫酸銅溶液加熱濃縮、冷卻結(jié)晶得到硫酸銅晶體，
（1）操作Ⅰ是酸溶后分離固體和溶液，操作是過(guò)濾；操作II是分離互不相溶的液體，實(shí)驗(yàn)操作是分液，
（2）依據(jù)操作II、操作III得到的物質(zhì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康模�浸�?萃取法制備硫酸銅，水相和有機(jī)相為了除去雜質(zhì)；
（3）證明含有Cu₄ （（OH）₆SO₄，可以證明硫酸根離子的存在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；氫氧化銅的存在可以利用加熱懸濁液氫氧化銅分解生成黑色的氧化銅沉淀分析回答；
（4）依據(jù)銅元素守恒結(jié)合物質(zhì)的量計(jì)算晶體質(zhì)量．

解答 解：銅礦石溶于酸，然后采用過(guò)濾方法將難溶性固體和溶液分離，則操作I為過(guò)濾；然后向?yàn)V液中加入有機(jī)物采用萃取方法將含銅物質(zhì)和溶液分離，所以操作II為萃取，得到的有機(jī)相中含有銅元素，再采用硫酸最萃取劑將含銅有機(jī)相萃取，得到硫酸銅溶液和有機(jī)相，將硫酸銅溶液加熱濃縮、冷卻結(jié)晶得到硫酸銅晶體，
（1）依據(jù)流程圖分析操作Ⅰ是礦石酸溶后分離固體和液體的方法，實(shí)驗(yàn)操作是過(guò)濾；操作Ⅱ是加入有機(jī)物溶解銅的化合物且能和水分層，實(shí)驗(yàn)操作是分液，用到的玻璃儀器有燒杯、分液漏斗等，
故答案為：過(guò)濾；分液漏斗；
（2）利用水和有機(jī)溶劑萃取提純硫酸銅溶液結(jié)晶得到硫酸銅晶體；操作II、操作III的主要目的是除去溶液中的雜質(zhì)，
故答案為：除去雜質(zhì)；
（3）利用CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合反應(yīng)，制備環(huán)保型木材防腐劑 Cu₂（0H）₂C0₃懸濁液，由于條件控制不同使其中混有較多Cu（OH）₂或Cu₄（0H）₆S0₄．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證雜質(zhì)的存在，可以檢驗(yàn)是否含硫酸根離子檢驗(yàn)Cu₄（0H）₆S0₄的存在，加入鹽酸排除其他離子的干擾，加入氯化鋇生成白色沉淀證明含Cu₄（0H）₆S0₄；依據(jù)氫氧化銅受熱分解生成氧化銅黑色沉淀設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)分析驗(yàn)證，取少量懸濁液于試管中利用沸水浴加熱試管；試管中有黑色沉淀生成證明含Cu（OH）₂；水浴加熱的目的是避免溫度過(guò)高氧化銅分解；
故答案為：

實(shí)驗(yàn)步驟	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
加入過(guò)量2mol/L的鹽酸溶液，充分振蕩，再滴加幾滴0.1mol/L氯化鋇溶液	有白色沉淀生成
將試管放入裝有沸水的小燒杯中水浴加熱一段時(shí)間取出試管觀察	試管中有黑色固體生成

（4）1OOmL O.5mol．L^-1的CuSO₄溶液中硫酸銅物質(zhì)的量為0.05mol，配制時(shí)需稱取CuSO₄.5H₂O 質(zhì)量為：250g/mol×0.05mol=12.5g，
故答案為：12.5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，題目難度中等，涉及物質(zhì)成分檢驗(yàn)、基本實(shí)驗(yàn)操作等知識(shí)點(diǎn)，明確反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是（3）題實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，知道常見物質(zhì)的性質(zhì)及顏色．