Question

【題目】某研究小組在實驗室以含鐵的銅屑為原料制備Cu(NO3)2·H2O晶體，并進(jìn)一步探究用SOCl2制備少量無水Cu(NO3)2。設(shè)計的合成路線如下：

已知：Cu(NO3)2·3H2O Cu(NO3)2·Cu(OH)2 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(diào)pH適合的物質(zhì)是_________(填化學(xué)式)。

(2)第③步包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、抽濾等步驟，其中蒸發(fā)濃縮的具體操作是_____________。為得到較大顆粒的Cu(NO3)2·3H2O晶體，可采用的方法是___________(填一種)。

(3)第④步中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______________________。

(4)第④步，某同學(xué)設(shè)計的實驗裝置示意圖(夾持及控溫裝置省略，如圖)有一處不合理，請?zhí)岢龈倪M(jìn)方案并說明理由___________________。

裝置改進(jìn)后，向儀器A中緩慢滴加SOCl2時，需打開活塞______(填“a”、“b”或“a和b”)。

(5)為測定無水Cu(NO3)2產(chǎn)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(nèi)成正比。現(xiàn)測得Cu(NH3)42+的吸光度A與Cu2+ 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度關(guān)系如圖所示：

準(zhǔn)確稱取0.3150g無水Cu(NO3)2，用蒸餾水溶解并定容至100 mL，準(zhǔn)確移取該溶液10.00mL，加過量NH3·H2O，再用蒸餾水定容至100 mL，測得溶液吸光度A=0.620，則無水Cu(NO3)2產(chǎn)品的純度是_________(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示)。

Answer 1

【答案】 CuO或Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3 將溶液轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，控制溫度（不高于170℃，防止硝酸銅水解），加熱至溶液表面形成一層晶膜 減慢冷卻結(jié)晶的速度或冷卻后靜置較長時間 Cu（NO3）23H2O+3SOC12=Cu（NO3）2+3SO2↑+6HCl↑ 在AB之間增加干燥裝置，防止B中的水蒸氣進(jìn)入A中 b 92.5%

【解析】為提高銅的浸取率，所用硝酸必然是過量的，此時鐵也溶解轉(zhuǎn)化為硝酸鐵，調(diào)pH的目的是除去鐵離子。然后蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶得到硝酸銅晶體，最后在SOCl2的保護(hù)下脫去結(jié)晶水得到無水硝酸銅，據(jù)此解答。

（1）調(diào)節(jié)pH促進(jìn)鐵離子水解沉淀鐵離子，不引入新雜質(zhì)，同時不能沉淀銅離子，因此第②步調(diào)pH適合的物質(zhì)是CuO或Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3；

（2）根據(jù)題意，溫度不能高于170℃，否則Cu（NO3）23H2O變質(zhì)，故蒸發(fā)濃縮應(yīng)將溶液轉(zhuǎn)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(jié)晶的速度，可得到較大顆粒的Cu（NO3）23H2O晶體；

（3）根據(jù)以上分析可知第④步中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是Cu（NO3）23H2O+3SOC12=Cu（NO3）2+3SO2↑+6HCl↑；

（4）第④步，某同學(xué)設(shè)計的實驗裝置有一處不合理，根據(jù)裝置圖可知應(yīng)該是氫氧化鈉溶液中的水蒸氣可以進(jìn)入A中影響A中的硝酸銅晶體脫水反應(yīng)。改進(jìn)的方法是在AB之間增加干燥裝置，理由是防止B中的水蒸氣進(jìn)入A中；裝置改進(jìn)后，向儀器A中緩慢滴加SOCl2時，需打開活塞b。

（5）由圖像可知，A=0.620時，對應(yīng)的溶液中c(Cu2+)=1.55×10-3mol/L，則n[Cu(NO3)2]=100mL/10mL×0.1L×1.55×10-3mol/L=1.55×10-3mol，則無水Cu(NO3)2產(chǎn)品的純度是1.55×10-3×188/0.3150×100%=92.5%。