Question

5．孔雀石的主要成分是Cu（OH）₂•CuCO₃ （其雜質主要為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溶液調節(jié)溶液的酸度，控制pH值為3.0～3.5，將溶液加熱至沸數分鐘，趁熱過濾．
③水浴加熱，蒸發(fā)結晶
④重結晶
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，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，從而減少雜質的引入；用硫酸浸取的化學方程式：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會失去結晶水，當液面出現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℃溫度范圍內發(fā)生反應的化學方程式：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，減少雜質的引入；
（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會失去結晶水，所以蒸發(fā)濃縮時溫度不能太高，當液面出現較多晶膜時即可說明蒸發(fā)濃縮已完成；
（4）由圖象中物質的變化情況分析硫酸銅晶體分解的最低溫度，依據212-250℃溫度范圍內固體物質的質量數據進行分析即可，依據信息中關于反應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，減少雜質的引入，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，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，從而減少雜質的引入，酸溶的反應方程式為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，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會失去結晶水，所以蒸發(fā)濃縮時溫度不能太高，當液面出現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會失去結晶水，當液面出現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℃時失去的水的質量為0.375g-0.267g=0.108g，根據反應的化學方程式：
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，根據反應的化學方程式：
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℃溫度范圍內發(fā)生反應的化學方程式為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及其化合物的應用和硫酸銅結晶水含量的測定，掌握物質的制取和提純、離子的檢驗等實驗操作，分析圖象信息是完成本題目的關鍵，題目較為綜合，難度中等．