Question

17．工業(yè)上以粗銅為原料采取如圖1所示流程制備硝酸銅晶體．

①步驟a中，還需要通入氧氣和水，其目的是提高原料利用率，減少污染物的排放．
②根據(jù)下表數(shù)據(jù)，在保溫去鐵的過程中，為使Fe³⁺沉淀完全，可以向溶液中加入CuO，調(diào)節(jié)溶液的pH，根據(jù)下表數(shù)據(jù)，溶液的pH應(yīng)保持在3.2～4.7范圍．不用加水的方法調(diào)節(jié)溶液pH的主要原因是加水會(huì)將溶液稀釋，不利于將濾液蒸發(fā)濃縮．
③進(jìn)行蒸發(fā)濃縮時(shí)，要用硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH=1，其原因是（結(jié)合離子方程式說明）由于Cu²⁺發(fā)生水解：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加入硝酸可以抑制硝酸銅的水解．
（2）圖2是某小組同學(xué)查閱資料所繪出的硝酸銅晶體[Cu（NO₃）₂•nH₂O]的溶解度曲線（溫度在30℃前后對(duì)應(yīng)不同的晶體），下列說法正確的是b、d（填字母）．
a．A點(diǎn)時(shí)溶液為不飽和溶液
b．B點(diǎn)時(shí)兩種晶體可以共存
c．按上述流程終得到晶體是Cu（NO₃）₂•3H₂O
d．若將C點(diǎn)時(shí)的溶液降溫至30℃以下，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶體
（3）某些共價(jià)化合物（如H₂O、NH₃、N₂O₄等）在液態(tài)時(shí)有微弱的導(dǎo)電性主要是因?yàn)榘l(fā)生了電離，如：2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-，由此制備無水硝酸銅的方法之一是用Cu與液態(tài)N₂O₄反應(yīng)．液態(tài)N₂O₄電離得到的兩種離子所含電子數(shù)相差18，則液態(tài)N₂O₄電離的方程式是N₂O₄?NO⁺+NO₃^-；Cu與液態(tài)N₂O₄反應(yīng)制得無水硝酸銅的化學(xué)方程是Cu+2N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑．

Answer 1

分析 粗銅（含F(xiàn)e）中加入稀硝酸，F(xiàn)e、Cu和稀硝酸反應(yīng)生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同時(shí)生成氮氧化物，氮氧化物和水反應(yīng)生成硝酸，能循環(huán)利用，調(diào)節(jié)溶液的pH，將Fe（NO₃）₃轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，然后過濾得到濾渣，濾液為Cu（NO₃）₂溶液，向?yàn)V液中加入稀硝酸并調(diào)節(jié)溶液的pH，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到硝酸銅晶體．
（1）①NO_x污染空氣，NO_x可與氧氣和水反應(yīng)生成硝酸；
②根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍�，要讓鐵離子沉淀完全，銅離子不能形成沉淀，結(jié)合表格中的數(shù)據(jù)可判斷PH范圍，加水稀釋會(huì)增大水的質(zhì)量不利于后續(xù)濾液的蒸發(fā)結(jié)晶操作；
③加熱促進(jìn)銅離子的水解，用硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH=1，增大氫離子濃度可以抑制銅離子的水解程度；
（2）a．在溶解度曲線上方的溶液為過飽和溶液；
b．B點(diǎn)時(shí)兩種晶體在水溶液中都達(dá)到飽和；
c．結(jié)晶溫度較低，晶體Cu（NO₃）₂•6H₂O析出；
d．若將C點(diǎn)時(shí)的溶液降溫至30°C以下，如果溶液為過飽和溶液，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶體；
（3）依據(jù)2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-，類推結(jié)合題干信息寫出電離方程式；從質(zhì)量守恒的角度書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式．

解答 解：（1）①NO_x可與氧氣和水反應(yīng)生成硝酸，提高了硝酸的利用率，NO_x是一類污染性的物質(zhì)，與氧氣和水反應(yīng)后減少了污染物的排放，保護(hù)了環(huán)境，
故答案為：提高原料的利用率，減少污染物的排放；
②根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍�，要讓Fe³⁺沉淀完全，Cu²⁺不能形成沉淀，氫氧化鐵沉淀完全的PH為3.2，氫氧化銅開始沉淀時(shí)的pH為4.7，要讓Fe³⁺沉淀完全，Cu²⁺不形成沉淀，溶液的PH應(yīng)保持在3.2～4.7之間的范圍；加水會(huì)使得溶液中溶劑的質(zhì)量增加，將增大濾液蒸發(fā)結(jié)晶操作的難度，
故答案為：3.2～4.7；加水會(huì)將溶液稀釋，不利于將濾液蒸發(fā)濃縮；
③進(jìn)行蒸發(fā)濃縮時(shí)，溫度較高，促進(jìn)了銅離子的水解，Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，用硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH=1，增大氫離子濃度可以水解平衡逆向移動(dòng)，抑制銅離子的水解，
故答案為：由于Cu²⁺發(fā)生水解：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加入硝酸可以抑制硝酸銅的水解；
（2）a．在一定溫度下，某固態(tài)物質(zhì)在100g溶劑中達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的質(zhì)量，叫做這種物質(zhì)在這種溶劑中的溶解度溶解度，在溶解度曲線上方的溶液為過飽和溶液，可知圖中曲線所有的點(diǎn)均為對(duì)應(yīng)溫度下的飽和溶液，故a錯(cuò)誤；
b．B點(diǎn)表明在30℃時(shí)兩種晶體的溶解度相等，B點(diǎn)為生成晶體的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，兩種晶體可以共存，故b正確；
c．上述流程是在低溫下進(jìn)行的．最終得到的晶體是Cu（NO₃）₂•6H₂O，故c錯(cuò)誤；
d．由圖象可以看出，溶液降溫至30℃以下，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶體，故d正確，
故答案為：bd．
（3）液態(tài)N₂O₄電離得到的兩種離子所含電子數(shù)相差18，則液態(tài)N₂O₄電離的方程式是；N₂O₄?NO⁺+NO₃^-；Cu與液態(tài)N₂O₄反應(yīng)制得無水硝酸銅，根據(jù)質(zhì)量守恒和電子守恒可寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+2N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑，
故答案為：N₂O₄?NO⁺+NO₃^-；Cu+2N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑．

點(diǎn)評(píng) 本題以銅和酸的反應(yīng)為載體考查混合物的分離和提純，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)、基本操作從整體上分析流程圖中各個(gè)步驟發(fā)生的反應(yīng)，知道圖2中曲線上、下區(qū)域表示的含義，注意鹽類水解的影響因素，題目難度中等．