Question

為測定粗氧化銅（其中含少量氧化亞鐵及不溶于酸的雜質(zhì)）樣品中CuO的質(zhì)量分數(shù)，并制取膽礬晶體及測定膽礬晶體中晶體水的含量，某化學活動小組進行了下述實驗：

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，下列實驗裝置中不可能用到的是

 

（填編號）

（2）溶液A中的所含溶質(zhì)為

 

．
（3）物質(zhì)X應選用

 

（填字母）
A、氫氧化鈉B、雙氧水C、鐵粉D、高錳酸鉀
（4）從溶液C到制得硫酸銅晶體，其實驗操作步驟是：

 

、冷卻結(jié)晶、

 

、自然干燥．
（5）在測定所得膽礬（CuSO₄?xH₂O）中結(jié)晶水x值的實驗過程中：稱量操作至少進行

 

次若測定結(jié)果x值偏大，可能的原因是

 

．
a  加熱溫度過高b  膽礬晶體的顆粒較大c  加熱后放在空氣中冷卻d  加熱膽礬晶體時有晶體從坩堝中濺出
（6）樣品中CuO的質(zhì)量分數(shù)為

 

（用含m的代數(shù)式表示）．

Answer 1

考點：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：

分析：粗氧化銅（其中含少量氧化亞鐵及不溶于酸的雜質(zhì)）加入足量的稀硫酸，氧化亞鐵和氧化銅與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵、硫酸銅，則沉淀Ⅰ為不溶物，溶液A中溶質(zhì)為FeSO₄、CuSO₄、H₂SO₄；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，所以試劑X為雙氧水；B溶液中含有鐵離子和銅離子，加入氫氧化銅固體調(diào)節(jié)溶液的pH，使鐵離子轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵沉淀而除去，則沉淀Ⅱ為氫氧化鐵；溶液C為硫酸銅溶液，然后通過加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、自然干燥的操作方法獲得硫酸銅晶體，
（1）根據(jù)實驗流程可知，涉及的操作有過濾、蒸發(fā)等操作，不會用到②③；
（2）根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)和藥品的用量來分析；
（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(jié)晶水，應該采用加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、自然干燥的操作方法；
（5）應稱量坩堝的質(zhì)量，坩堝和晶體的質(zhì)量，加熱后坩堝的質(zhì)量，加熱后再稱量一次坩堝的質(zhì)量，判斷質(zhì)量是否發(fā)生變化，共稱量4次；
a．加熱溫度過高，會導致硫酸銅分解，質(zhì)量變化較大；            
b．膽礬晶體的顆粒較大，會導致晶體解熱分解不完全，質(zhì)量變化偏小，結(jié)果偏小；
c．加熱后放在空氣中冷卻，會吸收空氣中的水重新形成晶體，結(jié)果偏�。�    
d．膽礬晶體濺出，導致結(jié)晶水含量增大；
（6）根據(jù)質(zhì)量守恒，利用關系式法計算質(zhì)量分數(shù)．

解答： 解：粗氧化銅（其中含少量氧化亞鐵及不溶于酸的雜質(zhì)）加入足量的稀硫酸，氧化亞鐵和氧化銅與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵、硫酸銅，則沉淀Ⅰ為不溶物，溶液A中溶質(zhì)為FeSO₄、CuSO₄、H₂SO₄；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，所以試劑X為雙氧水；B溶液中含有鐵離子和銅離子，加入氫氧化銅固體調(diào)節(jié)溶液的pH，使鐵離子轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵沉淀而除去，則沉淀Ⅱ為氫氧化鐵；溶液C為硫酸銅溶液，然后通過加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、自然干燥的操作方法獲得硫酸銅晶體，
（1）實驗中用到的化學操作有稱量、過濾和蒸發(fā)，用到的儀器有：①④⑤，不會用到裝置②③，
故答案為：②③；
（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：FeSO₄、CuSO₄、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B．雙氧水，
故答案為：B；
（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(jié)晶水，應該采用的操作方法為：加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、自然干燥，
故答案為：加熱濃縮；過濾；
（5）測定所得膽礬（CuSO₄?xH₂O）中結(jié)晶水x值，應稱量坩堝的質(zhì)量，坩堝和晶體的質(zhì)量，加熱后坩堝的質(zhì)量，加熱后再稱量一次坩堝的質(zhì)量，判斷質(zhì)量是否在誤差允許范圍內(nèi)及兩次值是否相差不超過0.1g，所以至少稱量4次；
a．加熱溫度過高，會導致硫酸銅分解，質(zhì)量變化較大，導致結(jié)果偏大，故a正確；            
b．膽礬晶體的顆粒較大，會導致晶體解熱分解不完全，質(zhì)量變化偏小，結(jié)果偏小，故b錯誤；
c．加熱后放在空氣中冷卻，會吸收空氣中的水重新形成晶體，導致測定結(jié)果偏小，故c錯誤；    
d．加熱膽礬晶體時有晶體從坩堝中濺出，導致測定的結(jié)晶水的質(zhì)量偏大，測定的x值偏大，故d正確；
故答案為：4；ad；
（6）根據(jù)實驗流程可知：沉淀II為Fe（OH）₃，氫氧化鐵的質(zhì)量為m₃g，根據(jù)鐵元素守恒：FeO～FeSO₄～Fe（OH）₃，可知樣品中FeO的質(zhì)量應為：

72×m3

107

，
所以樣品中CuO的質(zhì)量為：m₁-m₂-

72×m3

107

，故粗氧化銅樣品中CuO的質(zhì)量分數(shù)為：

m1-m2- m3 107 ×72

m1

×100%，
故答案為：

m1-m2- m3 107 ×72

m1

×100%．

點評：本題為物質(zhì)的組成探究題，題目難度中等，做題時注意分析實驗流程，掌握物質(zhì)的性質(zhì)和實驗基本操作方法，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力．