Question

【題目】實驗室以廢銅屑(含少量Fe、不溶性雜質)為原料制取CuSO4·5H2O晶體和[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶體，其實驗流程如下：

　

(1)氧化時先加入一定量3 mol/L H2SO4，再調節濃硝酸的用量至為2.0左右時，銅粉和濃硝酸完全反應，主要反應的化學方程式為_______。

硝酸過量對產品的影響為________________________________。

(2)廢銅屑的氧化在如圖1所示的裝置中進行。從長導管中通入氧氣的作用是___________。保持試劑的用量不變，實驗中提高Cu轉化率的操作有____________(寫一種)。

(3)調節溶液pH應在3.5～4.5范圍的原因是______________________。

(4)已知：[Cu(NH3)4]2+Cu2++4NH3；CuSO4、(NH4)2SO4難溶于乙醇。結合圖2，[Cu(NH3)4]SO4·H2O在乙醇水混合液中的溶解度隨乙醇濃度變化曲線，補充完整由加足量氨水后所得的[Cu(NH3)4]SO4溶液制備[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶體的實驗方案：______________ (實驗中必須使用的試劑和儀器：無水乙醇、乙醇－水混合液、BaCl2溶液、真空干燥箱)。

Answer 1

【答案】Cu+2HNO3+H2SO4CuSO4+2NO2↑+2H2O 降低產品的產率和純度 防止倒吸，使尾氣中的氮氧化物能被完全吸收 適當提高反應溫度、加快攪拌速率 使Fe3＋完全水解轉化為Fe(OH)3沉淀除去，而Cu2＋留在溶液中 將[Cu(NH3)4]SO4溶液加入無水乙醇中，過濾，所得沉淀先用乙醇－水混合液洗滌，至最后的洗滌濾液中滴加BaCl2溶液無沉淀生成，再將晶體用無水乙醇洗滌，放入真空干燥箱中干燥

【解析】

(1)Cu與濃硝酸、硫酸發生氧化還原反應產生CuSO4、NO2和H2O，根據原子守恒、電子守恒書寫反應方程式；結合物質成分分析Cu、HNO3的物質的量比例關系；

(2)從安全角度和環保角度分析通入O2的原因；根據影響反應速率的因素分析；

(3)根據Fe3+、Cu2+形成沉淀需要的溶液的pH分析；

(4)根據CuSO4、(NH4)2SO4、[Cu(NH3)4]SO4·H2O難溶于乙醇，乙溶于水，而[Cu(NH3)4]SO4·H2O在乙醇與水混合溶液中的溶解度隨乙醇含量的增大而減小分析。

(1) Cu與濃硝酸、硫酸發生氧化還原反應產生CuSO4、NO2和H2O，根據原子守恒、電子守恒書寫反應方程式為Cu+2HNO3+H2SO4CuSO4+2NO2↑+2H2O；在反應時為保證制取的CuSO4純度，要嚴格控制HNO3的用量，盡可能使硝酸完全反應轉化為NO2氣體逸出，若硝酸過量，則反應后的溶液中含有過量的硝酸，則制取得到的CuSO4產品中混有Cu(NO3)2，導致產品的純度降低，且會是CuSO4的產率也減�。�

(2)從長導管中通入氧氣，可以防止因NO2在NaOH溶液中的溶解而產生的裝置內氣體壓強減小，從而引起倒吸現象的發生；且能使反應產生的NO反應變為NO2，再被NaOH溶液完全吸收，就避免了氮氧化合物對大氣造成的污染；

Cu是固體物質，在保持試劑的用量不變，在實驗中若要提高Cu轉化率，可通過適當提高反應溫度、加快攪拌速率使反應物充分接觸實現；

(3)在廢銅屑中含少量Fe，在用濃硝酸與硫酸混合液氧化Cu時，Fe被氧化變為Fe3+，由于Fe3+形成Fe(OH)3沉淀，沉淀完全時溶液的pH=3.2，調節溶液pH應在3.5～4.5范圍，就可以使Fe3＋完全轉化為Fe(OH)3沉淀除去，而Cu2＋仍留在溶液中，以保證制取得到純凈的CuSO4；

(4)將制得的[Cu(NH3)4]SO4溶液加入無水乙醇中，由圖象可知[Cu(NH3)4]SO4·H2O在無水乙醇中不能溶解，就會析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉淀，然后過濾得到[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉淀，所得沉淀中混有雜質CuSO4、(NH4)2SO4，先用乙醇－水混合液洗滌，除去雜質，然后根據BaSO4是白色不溶于水的沉淀，通過檢驗洗滌液中是否含有SO42-，來判斷沉淀是否洗滌干凈，向最后的洗滌濾液中滴加BaCl2溶液無沉淀生成，說明沉淀洗滌干凈，最后再將晶體用無水乙醇洗滌，放入真空干燥箱中干燥，就得到[Cu(NH3)4]SO4·H2O。