Question

13．某學(xué)習(xí)小組利用如圖所示裝置，對某含少量Fe的廢銅屑進行銅含量的測定，并探究利用其制備硫酸銅溶液．
（1）向A中加入10g廢銅屑樣品，關(guān)閉彈簧夾，打開B活塞向A注入足量稀硫酸后關(guān)閉．反應(yīng)進行到A中不再產(chǎn)生氣泡時，應(yīng)等溶液恢復(fù)至室溫后，調(diào)節(jié)集氣瓶和量筒內(nèi)液面高度相平，平視量筒內(nèi)的液面，讀出D中水的體積．若C中收集到448mL（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，則該廢銅屑中銅的質(zhì)量百分含量為88.8%
（2）拆除C、D裝置后，打開彈簧夾，持續(xù)將空氣通入A中，至A中固體全部消失，再繼續(xù)通入一段時間空氣充分反應(yīng)后，關(guān)閉彈簧夾，停止通入空氣．該過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺
（3）將（2）中所得溶液倒入燒杯內(nèi)，加入Cu₂（OH）₂CO₃固體將其調(diào)節(jié)至pH=4時，有氣體產(chǎn)生，溶液中紅褐色沉淀產(chǎn)生，鐵被完全沉淀，過濾后即得硫酸銅溶液，此過程離子反應(yīng)方程式是Cu₂（OH）₂CO₃+H⁺+Fe³⁺=2Cu²⁺+Fe（OH）₃↓+CO₂↑
（4）有同學(xué)認為，實驗做到此步，其實完全可以不用測量氣體法計算廢銅屑中銅的質(zhì)量百分含量，請你幫他寫出余下的實驗操作步驟將（3）中所得紅褐色沉淀洗滌、干燥、稱量、計算．

Answer 1

分析 （1）A中的廢銅屑含有鐵加入稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，裝置CD是排水量氣裝置，具體操作步驟為：關(guān)閉彈簧夾，打開B活塞向A注入足量稀硫酸后關(guān)閉．反應(yīng)進行到A中不再產(chǎn)生氣泡時，等溶液恢復(fù)至室溫后，調(diào)節(jié)集氣瓶和量筒內(nèi)液面高度相平，平視量筒內(nèi)的液面，讀出D中水的體積，若C中收集到448mL（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體為氫氣物質(zhì)的量為0.02mol，F(xiàn)e+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，鐵物質(zhì)的量為0.02mol，質(zhì)量為0.02mol×56g/mol=1.12g，計算得到銅的質(zhì)量計算銅的質(zhì)量分數(shù)；
（2）拆除C、D裝置后，打開彈簧夾，持續(xù)將空氣通入A中，生成的亞鐵離子被空氣中 的氧氣氧化為鐵離子，鐵離子和銅反應(yīng)生成亞鐵離子，至A中固體全部消失；
（3）將A中溶液倒入燒杯內(nèi)，加入Cu₂（OH）₂CO₃將其調(diào)節(jié)至pH=4時，溶液中鐵被完全沉淀，過濾后即得紅褐色沉淀與硫酸銅溶液，依據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象和反應(yīng)物和產(chǎn)物分析書寫離子方程式；
（4）依據(jù)題干信息不用測定氣體體積，可以依據(jù)沉淀法測定沉淀質(zhì)量計算鐵元素質(zhì)量來計算得到銅的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：（1）A中的廢銅屑含有鐵加入稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，裝置CD是排水量氣裝置，現(xiàn)象是C中液面下降，水被排到D中，具體操作步驟為：關(guān)閉彈簧夾，打開B活塞向A注入足量稀硫酸后關(guān)閉．反應(yīng)進行到A中不再產(chǎn)生氣泡時，等溶液恢復(fù)至室溫后，調(diào)節(jié)集氣瓶和量筒內(nèi)液面高度相平，平視量筒內(nèi)的液面，讀出D中水的體積，若C中收集到448mL（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體為氫氣物質(zhì)的量為0.02mol，F(xiàn)e+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，鐵物質(zhì)的量為0.02mol，質(zhì)量為0.02mol×56g/mol=1.12g，該廢銅屑中銅的質(zhì)量百分含量=$\frac{10g-1.12g}{10g}$×100%=88.8%，
故答案為：等溶液恢復(fù)至室溫后，調(diào)節(jié)集氣瓶和量筒內(nèi)液面高度相平；88.8%；
（2）拆除C、D裝置后，打開彈簧夾，持續(xù)將空氣通入A中，鐵和硫酸反應(yīng)生成的亞硫酸亞鐵會被空氣中的氧氣氧化為硫酸鐵，鐵離子具有氧化性能氧化溶解銅，至A中固體全部消失反應(yīng)的離子方程式為：4Fe²⁺+O₂ +4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，再繼續(xù)通入一段時間空氣后，關(guān)閉彈簧夾，停止通入空氣，
故答案為：4Fe²⁺+O₂ +4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（3）將A中溶液倒入燒杯內(nèi)，加入Cu₂（OH）₂CO₃將其調(diào)節(jié)至pH=4時，溶液中鐵被完全沉淀，過濾后即得紅褐色沉淀與硫酸銅溶液，此過程離子反應(yīng)方程式是
Cu₂（OH）₂CO₃+H⁺+Fe³⁺=2Cu²⁺+Fe（OH）₃↓+CO₂↑，
故答案為：Cu₂（OH）₂CO₃+H⁺+Fe³⁺=2Cu²⁺+Fe（OH）₃↓+CO₂↑；
（4）不用測量氣體法，可以依據(jù)沉淀方法，測定沉淀氫氧化鐵質(zhì)量，計算鐵元素質(zhì)量，得到銅的質(zhì)量，計算廢銅屑中銅的質(zhì)量百分含量，沉淀實驗方法為：得到的氫氧化鐵沉淀洗滌、干燥、稱量、計算，
故答案為：將（3）中所得紅褐色沉淀洗滌、干燥、稱量、計算．

點評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的探究實驗方法和實驗設(shè)計，掌握物質(zhì)性質(zhì)和實驗反應(yīng)原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．