Question

12．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(zhuǎn)化為硝酸，提高原料的利用率，減少污染物的排放．
②在操作Ⅰ之前，對濾液用HNO₃調(diào)節(jié)pH值至1，其目的是（結(jié)合離子方程式說明）由于銅離子水解：Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加入HNO₃能抑制硝酸銅水解．
③從濾液中制取硝酸銅晶體的操作Ⅰ的具體步驟是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌．
（2）圖2是某小組學生查閱資料后所繪出的硝酸銅晶體[Cu（NO₃）₂nH₂O]的溶解度曲線（溫度在30⁰C左右對應(yīng)不同的晶體），說法正確的是b、d

（a） A點時的溶液為不飽和溶液
（b） B點時兩種晶體可以共存
（c）按上述流程最終得到的晶體一定是Cu（NO₃）₂3H₂O
（d） 若將C點時的溶液降溫至30℃以下，可以析出Cu（NO₃）₂6H₂O晶體
（3）某燃料電池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬材料為電極．正極電極反應(yīng)式為O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-用該燃料電池和如圖3所示裝置來電解飽和食鹽水，若電解后得到200mL 3.25mol•L^-1 NaOH溶液，則消耗C₄H₁₀的體積在標準狀況下為560mL．

Answer 1

分析 （1）粗銅中加入稀硝酸，F(xiàn)e、Cu和稀硝酸反應(yīng)生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同時生成氮氧化物，氮氧化物和水反應(yīng)生成硝酸，能循環(huán)利用，調(diào)節(jié)溶液的pH，將Fe（NO₃）₃轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)溶液的pH，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到硝酸銅晶體．
①氮氧化物和氧氣、水反應(yīng)生成硝酸，提高原料利用率；
②酸性條件下能抑制銅離子水解；
③從溶液中得到晶體需要蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過濾洗滌；
（2）a．在溶解度曲線上方的溶液為過飽和溶液；
b．B點時兩種晶體在水溶液中都達到飽和；
c．結(jié)晶溫度較低，晶體Cu（NO₃）₂•6H₂O析出；
d．若將C點時的溶液降溫至30°C以下，如果溶液為過飽和溶液，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶體；
（3）正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)；根據(jù)氫氧化鈉計算轉(zhuǎn)移電子數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計算丁烷的體積．

解答 解：（1）粗銅中加入稀硝酸，F(xiàn)e、Cu和稀硝酸反應(yīng)生成Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，同時生成氮氧化物，氮氧化物和水反應(yīng)生成硝酸，能循環(huán)利用，調(diào)節(jié)溶液的pH，將Fe（NO₃）₃轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)溶液的pH，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)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(yīng)，通入氧氣和水，氮氧化物和氧氣、水反應(yīng)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(zhuǎn)化為硝酸，提高原料的利用率，減少污染物的排放；
②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：由于銅離子水解，Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺，加入HNO₃能抑制硝酸銅水解；
③從濾液中制取硝酸銅晶體的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌；
（2）a．在溶解度曲線上方的溶液為過飽和溶液，所以A點時的溶液為飽和溶液，故a錯誤；
b．根據(jù)圖象知，B點時兩種晶體在水溶液中都達到飽和，所以二者可以共存，故b正確；
c．結(jié)晶溫度較低，晶體以Cu（NO₃）₂•6H₂O析出，故c錯誤；
d．若將C點時的溶液降溫至30°C以下，如果溶液為過飽和溶液，根據(jù)圖象知，可以析出Cu（NO₃）₂•6H₂O晶體，故d正確；
故選bd；
（3）該電池中，丁烷和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水，反應(yīng)方程式為：2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-，氫氧化鈉的物質(zhì)的量=3.25mol/L×0.2L=0.65mol，根據(jù)
2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-                 2e^-
                                             2mol              2mol
知，生成0.65mol氫氧化鈉時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=$\frac{0.65mol}{2}$，串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，所以丁烷的體積=$\frac{0.65mol}{6.5×4}$=560mL，
故答案為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-；560．

點評 本題以銅和酸的反應(yīng)為載體考查混合物的分離和提純、原電池的工作原理，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)、基本操作從整體上分析流程圖中各個步驟發(fā)生的反應(yīng)，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，注意丁烷中碳的平均化合價，題目難度中等．