Question

6．硝酸銅是常用的一種無機化學試劑
（1）工業(yè)上以粗銅為原料采取如圖1所示流程制備硝酸銅晶體：

①在步驟a中，還需要通入氧氣和水，其目的是將NO_x轉化為硝酸，提高原料的利用率，減少污染物的排放
②在保溫去鐵的過程中，為使Fe³⁺沉淀完全，可以向溶液中加入CuO調節(jié)溶液的pH，根據下表數據，溶液的pH應保持在3.2--4.7范圍

	氫氧化物開始沉淀時的pH	氫氧化物沉淀完全時的pH
Fe3+	1.9	3.2
Cu2+	4.7	6.7

③在濾液蒸發(fā)濃縮步驟中，適當加入稀硝酸的作用是抑制加熱過程中Cu²⁺的水解
（2）某研究學習小組將一定質量的硝酸銅晶體【Cu（NO₃）₂.6H₂O】放在坩堝中加熱，在不同溫度階段進行質量分析，繪制出剩余固體質量分數與溫度關系如圖2所示．據圖回答下列問題：
①當溫度27℃＜T＜120℃時，反應的化學方程式為Cu（NO₃）₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•3H₂O+3H₂O
②剩余固體質量為38.4g時，固體成分為【Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂】當溫度120℃＜T＜800℃時，反應的化學方程式為3Cu（NO₃）₂•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂+4NO₂↑+O₂↑+7H₂O （此溫度下，HNO₃也分解）
③當剩余固體質量為21.6g時，固體的化學式為Cu₂O
（3）制備無水硝酸銅的方法之一是用Cu與液態(tài)N₂O₄反應，反應過程
中有無色氣體放出，遇到空氣變紅棕色．反應的化學方程式是Cu+2N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑．

Answer 1

分析 （1）粗銅中加入稀硝酸，Fe、Cu和稀硝酸反應生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同時生成氮氧化物，氮氧化物和水反應生成硝酸，能循環(huán)利用，調節(jié)溶液的pH，將Fe（NO₃）₃轉化為Fe（OH）₃沉淀，然后過濾得到濾渣，濾液為Cu（NO₃）₂溶液，向濾液中加入稀硝酸并調節(jié)溶液的pH，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌得到硝酸銅晶體，
①氮氧化物和氧氣、水反應生成硝酸，提高原料利用率；
②調節(jié)溶液的pH使氫氧化鐵完全沉淀，銅離子不產生沉淀，據此判斷溶液的pH；加入的物質不能引進新的雜質，且要將鐵離子轉化為沉淀，增大溶液的pH；
③酸性條件下能抑制銅離子水解；
（2）①根據圖象可知，當溫度27℃＜T＜120℃時，硝酸銅晶體【Cu（NO₃）₂.6H₂O】部分失去結晶水；
②根據上述分析，當溫度27℃＜T＜120℃時，生成物為Cu（NO₃）₂•3H₂O，剩余固體質量38.4g時，固體成分為【Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂】，又因為此溫度下HNO₃也分解，所以當溫度120℃＜T＜800℃時，反應的化學方程式為3Cu（NO₃）₂•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂+4NO₂↑+O₂↑+7H₂O；
③根據縱坐標的數據關系；
（3）Cu與液態(tài)N₂O₄反應，反應過程中有無色氣體放出，遇到空氣變紅棕色，說明生成物有NO．

解答 解：（1）粗銅中加入稀硝酸，Fe、Cu和稀硝酸反應生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同時生成氮氧化物，氮氧化物和水反應生成硝酸，能循環(huán)利用，調節(jié)溶液的pH，將Fe（NO₃）₃轉化為Fe（OH）₃沉淀，然后過濾得到濾渣，濾液為Cu（NO₃）₂溶液，向濾液中加入稀硝酸并調節(jié)溶液的pH，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌得到硝酸銅晶體，
①氮氧化物有毒，且NO不和水反應，通入氧氣和水，氮氧化物和氧氣、水反應生成硝酸，硝酸能循環(huán)利用，從而提高原料利用率，且減少污染物的排放，
故答案為：將NO_x轉化為硝酸，提高原料的利用率，減少污染物的排放；
②調節(jié)溶液的pH使氫氧化鐵完全沉淀，銅離子不產生沉淀，當溶液的pH在1.9～3.2之間，鐵離子沉淀，而銅離子不產生沉淀，pH為4.7時銅離子產生沉淀，所以調節(jié)溶液的pH為3.2--4.7；
故答案為：3.2--4.7；
③銅離子水解生成氫氧化銅和氫離子，水解方程式為Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加入稀硝酸能抑制硝酸銅溶解，
故答案為：抑制加熱過程中Cu²⁺的水解；
（2）①根據圖象可知，當溫度27℃＜T＜120℃時，硝酸銅晶體【Cu（NO₃）₂.6H₂O】部分失去結晶水，該反應的化學方程式為Cu（NO₃）₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•3H₂O+3H₂O↑
故答案為：Cu（NO₃）₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•3H₂O+3H₂O；
②根據上述分析，當溫度27℃＜T＜120℃時，生成物為Cu（NO₃）₂•3H₂O，剩余固體質量38.4g時，固體成分為【Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂】，又因為此溫度下HNO₃也分解，所以當溫度120℃＜T＜800℃時，反應的化學方程式為3Cu（NO₃）₂•3H₂O=Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂+4NO₂↑+O₂↑+7H₂O，
故答案為：3Cu（NO₃）₂•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂+4NO₂↑+O₂↑+7H₂O；
③根據縱坐標的數據關系，當剩余固體質量為21.6g時，固體的化學式為Cu₂O；
故答案為：Cu₂O
（3）Cu與液態(tài)N₂O₄反應，反應過程中有無色氣體放出，遇到空氣變紅棕色．反應的化學方程式是Cu+2 N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑，
故答案為：Cu+2 N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑．

點評 本題以銅和酸的反應為載體考查混合物的分離和提純，根據物質的性質、基本操作從整體上分析流程圖中各個步驟發(fā)生的反應，知道圖2中曲線上、下區(qū)域表示的含義，注意鹽類水解的影響因素，題目難度中等．