Question

5．孔雀石的主要成分是Cu（OH）₂•CuCO₃ （其雜質(zhì)主要為FeCO₃等），它用于制于膽礬的實驗步驟如下：
①在100mL燒杯中加入3mol•L^-1稀硫酸12mL，加熱，少量多次加入5～10g孔雀石粉，控制硫酸銅溶液的pH約為1.5～2.0，并加水稀釋至35mL左右．
②滴加約4mL 3% H₂O₂，待滴加完后，用2mol•L^-1 NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的酸度，控制pH值為3.0～3.5，將溶液加熱至沸數(shù)分鐘，趁熱過濾．
③水浴加熱，蒸發(fā)結(jié)晶
④重結(jié)晶
試回答下列問題：
（1）步驟①中為什么要少量多次加入孔雀石粉？原料中Cu（OH）₂•CuCO₃的含量未知，少量多次加可以使兩者接近于完全反應(yīng)，避免其中一種過量太多，可以控制合適的pH值，減少后續(xù)過程氫氧化鈉的加入量，從而減少雜質(zhì)的引入；用硫酸浸取的化學(xué)方程式：Cu（OH）₂•CuCO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑．
（2）pH值控制為3.0～3.5，其目的是：使Fe³⁺沉淀完全，而Cu²⁺仍留在母液中
（3）為什么必須水浴加熱及怎樣判斷蒸發(fā)濃縮已完成：因溫度高時，CuSO₄•5H₂O會失去結(jié)晶水，當(dāng)液面出現(xiàn)較多晶膜時即可說明蒸發(fā)濃縮已完成．
（4）將制得的樣品用熱重儀進行熱重分析，熱重儀原理及熱重計錄如下表：

寫出212-250℃溫度范圍內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：CuSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O．

Answer 1

分析 （1）孔雀石的主要成分是Cu（OH）₂•CuCO₃ （其雜質(zhì)主要為FeCO₃等），制膽礬時要盡可能使硫酸與孔雀石恰好完全反應(yīng)，減少雜質(zhì)的引入；
（2）酸浸后溶液中有Fe³⁺、Cu²⁺，通過控制pH值除去Fe³⁺；
（3）溫度高時，CuSO₄•5H₂O會失去結(jié)晶水，所以蒸發(fā)濃縮時溫度不能太高，當(dāng)液面出現(xiàn)較多晶膜時即可說明蒸發(fā)濃縮已完成；
（4）由圖象中物質(zhì)的變化情況分析硫酸銅晶體分解的最低溫度，依據(jù)212-250℃溫度范圍內(nèi)固體物質(zhì)的質(zhì)量數(shù)據(jù)進行分析即可，依據(jù)信息中關(guān)于反應(yīng)的敘述書寫方程式即可．

解答 解：（1）孔雀石的主要成分是Cu（OH）₂•CuCO₃ （其雜質(zhì)主要為FeCO₃等），制膽礬時要盡可能使硫酸與孔雀石恰好完全反應(yīng)，減少雜質(zhì)的引入，因為原料中Cu（OH）₂•CuCO₃的含量未知，少量多次加可以使兩者接近于完全反應(yīng)，避免其中一種過量太多，可以控制合適的pH值，減少后續(xù)過程氫氧化鈉的加入量，從而減少雜質(zhì)的引入，酸溶的反應(yīng)方程式為Cu（OH）₂•CuCO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑，
故答案為：原料中Cu（OH）₂•CuCO₃的含量未知，少量多次加可以使兩者接近于完全反應(yīng)，避免其中一種過量太多；可以控制合適的pH值，減少后續(xù)過程氫氧化鈉的加入量，從而減少雜質(zhì)的引入；Cu（OH）₂•CuCO₃+2H₂SO₄=2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑；
（2）酸浸后溶液中有Fe³⁺、Cu²⁺，通過控制pH值除去Fe³⁺，所以pH值控制為3.0～3.5，
故答案為：使Fe³⁺沉淀完全，而Cu²⁺仍留在母液中；
（3）溫度高時，CuSO₄•5H₂O會失去結(jié)晶水，所以蒸發(fā)濃縮時溫度不能太高，當(dāng)液面出現(xiàn)較多晶膜時即可說明蒸發(fā)濃縮已完成，
故答案為：因溫度高時，CuSO₄•5H₂O會失去結(jié)晶水，當(dāng)液面出現(xiàn)較多晶膜時即可說明蒸發(fā)濃縮已完成；
（4）由圖分析可知，CuSO₄•5H₂O受熱到45℃時開始脫水分解，212℃時可得到較穩(wěn)定的一種中間物，在212℃時失去的水的質(zhì)量為0.375g-0.267g=0.108g，根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式：
CuSO₄•5H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄•（5-n）H₂O+nH₂O
250                             18n
0.375g                          0.108g   
解得n=4，212℃時可得到較穩(wěn)定的一種中間物為CuSO₄•H₂O
248℃時可得到較穩(wěn)定的一種中間物，根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式：
CuSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄•（1-n）H₂O+nH₂O
178                              18n
0.267g                           0.267g-0.240g=0.027g
解得n=1，248℃時可得到較穩(wěn)定的一種中間物為CuSO₄，212-250℃溫度范圍內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為CuSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O，
故答案為：CuSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O．

點評 本題考查常見金屬的單質(zhì)及其化合物的應(yīng)用和硫酸銅結(jié)晶水含量的測定，掌握物質(zhì)的制取和提純、離子的檢驗等實驗操作，分析圖象信息是完成本題目的關(guān)鍵，題目較為綜合，難度中等．