Question

14．實驗室利用銅屑、硝酸和硫酸的混酸為原料制備硫酸銅晶體．結合具體操作過程回答下列問題．
（1）配制混酸：將3mol/L的硫酸（密度1.180g/cm³）與15mol/L的濃硝酸（密度1.400g/cm³）按體積比5：1混合后冷卻．
①計算混酸中硫酸的質量分數(shù)為20%；
②取1g混酸，用水稀釋至20.00mL，用0.5mol/L燒堿進行滴定，消耗標準燒堿溶液的體積為12.33mL．
（2）灼燒廢銅屑：稱量一定質量表面含油污的純銅屑（銅含量為99.84%），置于坩堝中灼燒，將油污充分氧化后除去，直至銅屑表面均呈黑色．冷卻后稱量，固體質量比灼燒前增加了3.2%．
①固體中氧元素的質量分數(shù)為0.033（保留3位小數(shù)）；
②固體中銅與氧化銅的物質的量之比為45：7．
（3）溶解：稱取2.064g固體，慢慢分批加入一定質量的混酸，恰好完全反應．列式計算產生NO氣體體積在標準狀況下的體積（設硝酸的還原產物只有NO）．
（4）結晶：將反應后的溶液水浴加熱濃縮后冷卻結晶，析出膽礬晶體．
①計算反應后溶液中CuSO₄的物質的量是0.0268 mol；
②若最終得到膽礬晶體質量為6.400g，膽礬的產率為82%．（精確到1%）

Answer 1

分析 （1）①硫酸的質量分數(shù)等于硫酸溶質的質量除以混合溶液的質量；
②氫離子的物質的量與氫氧根的物質的量相等；
（2）①質量增重為O元素；
②O元素的物質的量等于氧化銅的物質的量；
（3）103.2g混合物含銅1.35mol，根據(jù)電子得失守恒計算一氧化氮的物質的量；
（4）①固體中含銅0.027mol，氧化銅0.0042mol．設加入的混酸中H₂SO₄與HNO₃的物質的量均為amol，恰好完全反應后溶液中溶質為CuSO₄和Cu（NO₃）₂，根據(jù)電荷守恒解題；
②固體中含銅0.027mol，氧化銅0.0042mol，根據(jù)銅元素守恒計算理論產量．

解答 解：（1）①硫酸的質量分數(shù)：$\frac{3×0.005×98}{5×1.180+1×1.400}$=20%，故答案為：20%；
②質量為7.3g的混酸中含有硫酸0.015mol、硝酸0.015mol，共0.045molH⁺．則1g混酸中含有H⁺為6.164×10^-3mol，中和時需要NaOH溶液的體積是12.33mL，故答案為：12.33；
（2）①設銅屑有100g，則含銅99.84g，灼燒后的質量為103.2g，則氧元素的質量為3.36g．氧元素的質量分數(shù)為$\frac{3.36}{103.2}$=0.033，故答案為：0.033；
②若混合物為103.2g，則含氧化銅的物質的量為$\frac{3.36}{16}$=0.21mol，含銅$\frac{103.2-0.21×80}{64}$=1.35mol，銅與氧化銅的物質的量之比為45：7，故答案為：45：7；
（3）103.2g混合物含銅1.35mol，2.064g固體中含銅0.027mol．根據(jù)電子得失守恒可知一氧化氮的物質的量為$\frac{0.027×2}{3}$=0.018mol，其體積為0.018×22.4×1000=403.2mL，故答案為：403.2mL；
（4）①固體中含銅0.027mol，氧化銅0.0042mol．設加入的混酸中H₂SO₄與HNO₃的物質的量均為amol，恰好完全反應后溶液中溶質為CuSO₄和Cu（NO₃）₂，則有電荷守恒：
2×（0.027+0.0042）=2a+a-0.018；
解得a=0.0268mol．
溶液中CuSO₄的物質的量為0.0268mol，故答案為：0.0268 mol；
②膽礬的理論產量為（0.027+0.0042）×250=7.8g，產率為$\frac{6.4}{7.8}$=82%，故答案為：82%．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，主要考查物質含量的計算，側重于實驗原理的考查，注意用守恒法解題，題目難度中等．