Question

实验室利用废铜合金(含少量铁和铝)来制取硫酸铜晶体(CuSO₄·5H₂O)，方案如下：

金属离子生成氢氧化物沉淀的pH可参考下列数据：

	Fe^3＋	Fe^2＋	Cu^2＋	Al^3＋
开始沉淀时的pH	2.2	7.5	5.2	3.7
完全沉淀时的pH	3.2	9.0	6.7	4.7

请回答：

（1）若溶解合金时加入的混酸由2 L 3 mol·L^－1硫酸和1 L 2 mol·L^－1硝酸混合而成，则反应后生成标准状况下的NO的体积最多为____________L。

（2）加入H₂O₂的目的是____________。

（3）为保证产品的纯度，M物质最好选用________(填字母)，调节pH的范围为____________。

a．Cu(OH)₂　b．H₂SO₄　c．NH₃·H₂O　d．Na₂CO₃

（4）滤液D中加入硫酸的目的为_______________________________________。

（5）从溶液E制得CuSO₄·5H₂O晶体所需要的步骤为________、结晶、过滤和干燥。

（6）0.80g  CuSO₄·5H₂O样品受热脱水过程的热重曲线（样品质量随温度变化的曲线）如图所示。试确定200℃时固体物质的化学式______________。

Answer

44.8L 将Fe2+氧化成Fe3+ a 4.7≤PH＜5.2 抑制Cu2+的水解 加热蒸发 CuSO4·H2O

【解析】根据流程，开始金属过量，所以滤液A中含有Cu2+、Fe2+、Al3+；滤液A中加H2O2，将Fe2+氧化为Fe3+，防止除杂时影响Cu2+；氧化后的溶液，加入M调节pH除去Fe3+和Al3+；滤液D经过一系列操作得到硫酸铜晶体。

（1）由题意，n(H+)=2L×3mol·L-1×2+1L×2mol·L-1=14 mol，n（NO3-）=1L×2mol·L-1=2 mol；根据方程式3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O可得：氢离子过量，NO3-完全反应，则最多生成标准状况下NO的体积为2 mol×22.4L•mol-1=44.8L。

（2）根据上述分析，加入H2O2的目的是将Fe2+氧化为Fe3+。

（3）氧化后的溶液，加入M调节pH除去Fe3+和Al3+；为了不引入新杂质，M最好选用a.Cu(OH)2；根据金属离子生成氢氧化物沉淀的pH数据可得，要使Fe3+和Al3+完全沉淀，而Cu2+不沉淀，调节pH的范围为：4.7≤pH<5.2。

（4）因为Cu2+是弱阳离子，所以直接加热滤液D会促进其水解，故加入硫酸抑制Cu2+水解。

（5）从硫酸铜溶液制得CuSO4•5H2O晶体，因为晶体含有结晶水，所以需要加热蒸发（或蒸发浓缩）、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等步骤。

（6）CuSO4•5H2O受热到102℃时开始逐渐失水，113℃时可得到较稳定的中间产物，到258℃时继续分解，则在200℃时失去的水的质量为0.80g-0.57g=0.23g，根据反应的化学方程式：CuSO4•5H2OCuSO4•（5-x）H2O+xH2O，可得：

列比例式可解得x≈4，故200℃时固体物质的化学式为CuSO4•H2O。

点睛：本题考查了物质的分离、提纯、制备、盐类水解、过量计算、热重曲线等，综合性较强，注意结合已知分析流程，理清思路，热重曲线问题注意根据差量法计算。