Question

3．某化學活動小組按下圖所示流程由粗氧化銅樣品（含少量氧化亞鐵及不溶于酸的雜質(zhì)）制取無水硫酸銅．

已知Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺三種離子在水溶液中形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下圖所示：

請回答下列問題：
（1）在整個實驗過程中，下列實驗裝置不可能用到的是①③（填序號）

（2）溶液A中所含溶質(zhì)為CuSO₄、FeSO₄、H₂SO₄；
（3）物質(zhì)X應選用②（填序號），沉淀Ⅱ的主要成分是Fe（OH）₃
①氯水       ②雙氧水        ③鐵粉         ④高錳酸鉀
（4）從溶液C中制取硫酸銅晶體的實驗操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、自然干燥．
（5）用“間接碘量法”可以測定溶液A中Cu²⁺（不含能與I^-發(fā)生反應的雜質(zhì)）的濃度．過程如下：
第一步：移取10.00mL溶液A于100mL容量瓶，加水定容至100mL．
第二步：取稀釋后試液20.00mL于錐形瓶中，加入過量KI固體，充分反應生成白色沉淀與碘單質(zhì)．
第三步：以淀粉溶液為指示劑，用0.05000mol•L^-1的Na₂S₂O₃標準溶液滴定，前后共測定三組．達到滴定終點時，消耗Na₂S₂O₃標準溶液的體積如下表：
（已知：I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）

滴定次數(shù)	第一次	第二次	第三次
滴定前讀數(shù)（mL）	0.10	0.36	1.10
滴定滴定后讀數(shù)（mL）	20.12	20.34	22.12

①CuSO₄溶液與KI的反應的離子方程式為2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂．
②滴定中，試液Na₂S₂O₃應放在堿式滴定管（填“酸式滴定管”或“堿式滴定管”），判斷滴定終點的依據(jù)是最后一滴試液滴入，溶液由藍色變?yōu)闊o色，振蕩半分鐘，溶液無明顯變化．
③溶液A中c（Cu²⁺）=0.5000mol•L^-1．

Answer 1

分析 將粗氧化銅（含少量氧化亞鐵及不溶于酸的雜質(zhì)）溶于過量硫酸，生成FeSO₄、CuSO₄，然后過濾，得到沉淀I為不溶于酸的雜質(zhì)，溶液A中溶質(zhì)為FeSO₄、CuSO₄和H₂SO₄，向溶液A中加入X調(diào)節(jié)pH過濾，得到溶液B，向溶液B中加入Cu（OH）₂調(diào)節(jié)pH過濾，得到沉淀II，除去FeSO₄、CuSO₄和H₂SO₄中的FeSO₄，根據(jù)氫氧化物沉淀需要的pH知，應該先將FeSO₄氧化為鐵鹽，為不引進新的雜質(zhì)，氧化劑X應該為Cl₂或H₂O₂，然后向溶液中加入Cu（OH）₂調(diào)節(jié)溶液的pH，所以沉淀II為Fe（OH）₃，然后將溶液C蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到CuSO₄•5H₂O，最后在HCl氛圍中加熱CuSO₄•5H₂O得到CuSO₄，
（1）實驗中用到的化學操作有稱量、過濾和蒸發(fā)，沒有制取氣體、分液、熱分解操作；
（2）根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)和藥品的用量來分析溶液A中所含溶質(zhì)；
（3）獲得純凈的硫酸銅晶體，選用除去鐵離子和亞鐵離子，由于亞鐵離子不易完全除去，應該使用氧化劑將亞鐵離子氧化成鐵離子，并且選用的氧化劑不能引進雜質(zhì)離子、不能污染空氣，據(jù)此進行解答；
（4）從溶液中獲得硫酸銅晶體，直接加熱會導致硫酸銅失去結晶水，應該采用加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、自然干燥的操作方法；
（5）①CuSO₄與KI反應生成碘單質(zhì)、碘化亞銅、硫酸鉀；
②根據(jù)Na₂S₂O₃屬于強堿弱酸鹽，溶液呈堿性分析；根據(jù)淀粉與碘單質(zhì)作用變藍解答；
③由2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂、I₂+2S₂O₃^2-=S₄O₆^2-+2I^-可知，Cu²⁺～S₂O₃^2-，以此來計算．

解答 解：將粗氧化銅（含少量氧化亞鐵及不溶于酸的雜質(zhì)）溶于過量硫酸，發(fā)生的反應有FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，然后過濾，得到沉淀I為不溶于酸的雜質(zhì)，溶液A中溶質(zhì)為FeSO₄、CuSO₄和H₂SO₄，向溶液A中加入X調(diào)節(jié)pH過濾，得到溶液B，向溶液B中加入Cu（OH）₂調(diào)節(jié)pH過濾，得到沉淀II，除去FeSO₄、CuSO₄和H₂SO₄中的FeSO₄，根據(jù)氫氧化物沉淀需要的pH知，應該先將FeSO₄氧化為鐵鹽，為不引進新的雜質(zhì)，氧化劑X應該為Cl₂或H₂O₂，然后向溶液中加入Cu（OH）₂調(diào)節(jié)溶液的pH，所以沉淀II為Fe（OH）₃，然后將溶液C蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到CuSO₄•5H₂O，最后在HCl氛圍中加熱CuSO₄•5H₂O得到CuSO₄，
（1）實驗中用到的化學操作有稱量、過濾（④）和蒸發(fā)（②），沒有固液常溫下制取氣體（①）、分液（③）、以及熱分解（⑤）操作，
故答案為：①③⑤；
（2）氧化銅和氧化亞鐵分別與硫酸反應生成硫酸銅和硫酸亞鐵，又硫酸過量，則溶質(zhì)A的主要成分為：FeSO₄、CuSO₄、H₂SO₄，故答案為：CuSO₄、FeSO₄、H₂SO₄；
（3）根據(jù)實驗流程可知，測量氧化銅含量，需要獲得純凈的硫酸銅晶體，應該先除去亞雜質(zhì)鐵離子、鐵離子，由于亞鐵離子完全沉淀的pH=9.6，此時銅離子也完全沉淀，而鐵離子完全沉淀的pH=3.7，此時銅離子沒有生成沉淀，所以應該加入X將亞鐵離子氧化成鐵離子，并且選用的氧化劑不能引進雜質(zhì)離子，不能產(chǎn)生污染大氣的氣體，所以應該選用②（雙氧水），2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，符合要求，鐵粉具有還原性，氯水、高錳酸鉀具有氧化性，但引入新的雜質(zhì)，沉淀II為Fe（OH）₃，故答案為：②；Fe（OH）₃；
（4）從溶液C中獲得硫酸銅晶體，直接加熱蒸干會導致硫酸銅失去結晶水，應該采用的操作方法為：加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、自然干燥，
故答案為：蒸發(fā)濃縮 冷卻結晶、過濾、自然干燥；
（5）①CuSO₄與KI反應生成碘單質(zhì)、碘化亞銅、硫酸鉀，離子反應為2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂，故答案為：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂；
②Na₂S₂O₃屬于強堿弱酸鹽，溶液呈堿性，應用堿式滴定管盛放，淀粉溶液為指示劑，當最后一滴Na₂S₂O₃溶液滴入時，溶液藍色褪去，半分鐘顏色不變，說明滴定到達終點，
故答案為：堿式滴定管；最后一滴試液滴入，溶液由藍色變?yōu)闊o色，振蕩半分鐘，溶液無明顯變化；
③三次滴定消耗的標準液的體積分別為：（20.12-0.10）mL=20.02mL、（20.34-0.36）mL=19.98mL、（22.12-1.10）mL=21.02mL，前兩組數(shù)據(jù)有效，所以平均體積為：20mL，由2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂、I₂+2S₂O₃^2-=S₄O₆^2-+2I^-可知，Cu²⁺～S₂O₃^2-，因移取10.00mL溶液A于100mL容量瓶，加水定容至100mL，取稀釋后試液20.00mL于錐形瓶中，所以c（Cu²⁺）=$\frac{0.05mol/L×0.02L×5}{0.01L}$=0.5000mol/L，
故答案為：0.5000．

點評 本題考查了硫酸銅晶體中結晶水含量的測定，涉及物質(zhì)制備實驗設計、物質(zhì)分離的實驗基本操作，注意掌握測定硫酸銅晶體結晶水含量的方法，理解和掌握物質(zhì)性質(zhì)和實驗原理是解題關鍵，題目難度中等．