Question

19．某研究小組在實驗室以含鐵的銅屑為原料制備Cu（NO₃）₂•3H₂O晶體，并進一步探究用SOCl₂制備少量無水Cu（NO₃）₂．設計的合成路線如下：
Cu屑（含Fe）$→_{①}^{足量HNO_{3}}$ $→_{②}^{調pH}$ Cu（NH₃）₂溶液$\stackrel{③}{→}$Cu（NH₃）₂•3H₂O晶體$→_{④}^{SOCl}$無水Cu（NH₃）
已知：Cu（NO₃）₂•3H₂O$\stackrel{170℃}{→}$Cu（NO₃）₂•Cu（OH）₂$\stackrel{200℃}{→}$CuO，SOCl₂熔點-105℃、沸點76℃、遇水劇烈水解生成兩種酸性氣體．
請回答：（1）第②步調pH適合的物質是CuO或Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃（填化學式）
（2）第③步包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、抽濾等步驟，其中蒸發(fā)濃縮的具體操作是將溶液轉移至蒸發(fā)皿中，控制溫度（不高于170℃），加熱至溶液表面形成一層晶膜．為得到較大顆粒的Cu（NO₃）₂•3H₂O晶體，可采用的方是形成一層晶膜減慢冷卻結晶的速度（填一種）
（3）第④步中發(fā)生反應的化學方程式是Cu（NO₃）₂•3H₂O+3SOC1₂=Cu（NO₃）₂+3SO₂↑+6HCI↑．
（4）第④步，某同學設計的實驗裝置示意圖（夾持及控溫裝置省略，如圖1）有一處不合理，請?zhí)岢龈倪M方案并說明理由在AB之間增加干燥裝置，防止B中的水蒸氣進入A中裝置改進后，向儀器A中緩慢滴加SOCl₂時，需打開活塞b（填“a”、“b”或“a和b”）

（5）為測定無水Cu（NO₃）₂產品的純度，可用分光光度法．
已知：4NH₃•H₂O+Cu²⁺=Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O；Cu（NH₃）₄²⁺對特定波長光的吸收程度（用吸光度A表示）與Cu²⁺在一定濃度范圍內成正比．現測得Cu（NH₃）₄²⁺的吸光度A與Cu²⁺標準溶液濃度關系如圖2所示：準確稱取0.3150g無水Cu（NO₃）₂，用蒸餾水溶解并定容至100mL，準確移取該溶液10.00mL，加過量NH₃•H₂O，再用蒸餾水定容至100mL，測得溶液吸光度A=0.620，則無水Cu（NO₃）₂產品的純度是95.5%（以質量分數表示）．

Answer 1

分析 含鐵的銅屑用過量的硝酸溶解，得到的溶液為Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₃的酸性溶液，條件pH沉淀鐵離子，得到Cu（NO₃）₂溶液，蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到Cu（NO₃）₂•3H₂O晶體，與SOCl₂制混合得到用無水Cu（NO₃）₂；
（1）調節(jié)pH促進鐵離子水解沉淀鐵離子，不引入新雜質，同時不能沉淀銅離子，據此分析；
（2）根據題意，溫度不能高于170℃，否則Cu（NO₃）₂•3H₂O變質，出現晶膜后減慢結晶速度可得到較大顆粒的晶體；
（3）Cu（NO₃）₂•3H₂O和SOC1₂發(fā)生反應生成硝酸銅、二氧化硫氣體和氯化氫氣體；
（4）A、B間缺少干燥裝置；向三頸燒瓶中緩慢滴加SOC1₂時，需打開活塞b；
（5）由圖可知，溶液吸光度A=0.600時，Cu²⁺標準溶液濃度為1.5×10^-3mol/L，據此計算．

解答 解：（1）調節(jié)pH促進鐵離子水解沉淀鐵離子，不引入新雜質，同時不能沉淀銅離子，可選用CuO或Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃；
故答案為：CuO或Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃；
（2）根據題意，溫度不能高于170℃，否則Cu（NO₃）₂•3H₂O變質，故蒸發(fā)濃縮應將溶液轉移至蒸發(fā)皿中，控制溫度（不高于170℃），加熱至溶液表面形成一層晶膜減慢冷卻結晶的速度，可得到較大顆粒的Cu（NO₃）₂•3H₂O晶體；
故答案為：將溶液轉移至蒸發(fā)皿中，控制溫度（不高于170℃），加熱至溶液表面形成一層晶膜；形成一層晶膜減慢冷卻結晶的速度；
（3）第④步中發(fā)生的反應為Cu（NO₃）₂•3H₂O和SOC1₂發(fā)生反應生成硝酸銅、二氧化硫氣體和氯化氫氣體，化學方程式為：Cu（NO₃）₂•3H₂O+3SOC1₂=Cu（NO₃）₂+3SO₂↑+6HCI↑；
故答案為：Cu（NO₃）₂•3H₂O+3SOC1₂=Cu（NO₃）₂+3SO₂↑+6HCI↑；
（4）為防止B中的水蒸氣進入A中，故在AB之間增加干燥裝置；向三頸燒瓶中緩慢滴加SOC1₂時，需打開活塞b；
故答案為：在AB之間增加干燥裝置，防止B中的水蒸氣進入A中；b；
（5）由圖可知，溶液吸光度A=0.620時，Cu²⁺標準溶液濃度為1.6×10^-3mol/L，則樣品中Cu（NO₃）₂的質量為1.6×10^-3mol/L×$\frac{100mL}{10mL}$×188g/mol=0.3008g，則無水Cu（NO₃）₂產品的純度是$\frac{0.3008g}{0.3150}$×100%=95.5%；
故答案為：95.5%．

點評 本題考查了物質的制備，涉及了元素的相關性質，實驗設計，操作控制，方程式的書寫、純度的計算等，要求學生對物質基本性質的掌握，并加以靈活運用，題目難度中等．