Question

4．[Cu（N4H₃）₄]_x（SO₄）_y•zH₂O是一種重要的染料及農(nóng)藥中間體，為深藍(lán)色晶體．已知：

①[Cu（NH₃）₄]_x（SO₄）_y•zH₂O在在乙醇•水混合溶劑中的溶解度隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的變化曲線如圖1．
②[Cu（NH₃）₄]_x（SO₄）_y•zH₂O在溶液中存在以下電離（解離）過(guò)程：
[Cu（NH₃）₄]_x（SO₄）_y•zH₂O=x[Cu（NH₃）₄]²⁺+y SO₄^2-+z H₂O
[Cu（NH₃）₄]²⁺?Cu²⁺+4NH₃
Ⅰ、某學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室以廢銅屑、稀硫酸、氨水為主要原料合成該物質(zhì)，設(shè)計(jì)的合成路線為：
廢銅屑$\stackrel{灼燒}{→}$CuO$\stackrel{稀H_{2}SO_{4}}{→}$溶液A$\stackrel{氨水}{→}$懸濁液B$\stackrel{氨水}{→}$溶液C$\stackrel{試劑D}{→}$$\stackrel{操作E}{→}$產(chǎn)品品體
（1）一般廢金屬屑在使用之前需要用熱的堿液浸泡以除去其表面的油污，但本實(shí)驗(yàn)并不需要的原因是灼燒時(shí)油污生成CO₂和H₂O而除去．
（2）依據(jù)相關(guān)信息試劑D為無(wú)水乙醇．若操作過(guò)程不加入試劑D而是加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶，則得到的產(chǎn)物晶體中往往含有Cu（OH）₂[或Cu₂（OH）₂SO₄]雜質(zhì)，產(chǎn)生該雜質(zhì)的原因是加熱蒸發(fā)過(guò)程中NH₃揮發(fā)，使反應(yīng)[Cu（NH₃）₄]²⁺?Cu²⁺+4NH₃平衡往右移動(dòng)，且Cu²⁺發(fā)生水解．
（3）操作E的實(shí)驗(yàn)步驟為：a．減壓過(guò)濾 b．洗滌 c．干燥
①洗滌時(shí)不用水而用乙醇和濃氨水的混合物洗滌的原因?yàn)闇p少粗產(chǎn)品的溶解損耗．
②干燥時(shí)不宜采用加熱干燥的方法，可能的原因是加熱易使[Cu（NH₃）₄]SO₄•H₂O分解．
Ⅱ、NH₃的測(cè)定：精確稱(chēng)取a g 晶體，加適量水溶解，注入如圖2所示的錐形瓶中，然后逐滴加入足量10% NaOH溶液至小試管充滿并溢出足夠溶液，加熱保持微沸，將樣品溶液中的氨全部蒸出，用V₁mLc₁mol•L^-1的鹽酸溶液吸收．蒸氨結(jié)束后取下接收瓶，用c₂ mol•L^-1NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過(guò)剩的HCl，到終點(diǎn)時(shí)消耗V₂ mlNaOH溶液
（4）裝置中長(zhǎng)頸漏斗插入小試管的作用：液封并減少NaOH溶液的用量，可以控制反應(yīng)的開(kāi)始及速率作用同分液漏斗．
（5）蒸氨過(guò)程中錐形瓶?jī)?nèi)會(huì)出現(xiàn)少量黑色固體的化學(xué)式為CuO．氨完全蒸出的標(biāo)志為溶液不再為深藍(lán)色．
（6）樣品中NH₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為$\frac{1.7（{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}）}{ag}$%．
（7）[Cu（NH₃）₄]_x（SO₄）_y•zH₂O晶體中硫酸根和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為39.02%和7.32%，則晶體的化學(xué)式為[Cu（NH₃）₄]SO₄•H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ、實(shí)驗(yàn)室以廢銅屑、稀硫酸、氨水為主要原料合成[Cu（NH₃）₄]_x（SO₄）_y•zH₂O，其合成路線為：將廢銅屑灼燒生成CuO，再稀硫酸溶解得溶液A為硫酸銅溶液，在硫酸銅溶液中加氨水得懸濁液B為氫氧化銅懸濁液，繼續(xù)加氨水形成銅氨配合離子，所以溶液C為[Cu（NH₃）₄]_x（SO₄）_y溶液，在溶液C中加入乙醇，經(jīng)減壓過(guò)濾、洗滌、干燥得晶體，
（1）油污在灼燒時(shí)會(huì)生成二氧化碳和水而除去，不影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)；
（2）晶體在乙醇溶液中溶解度會(huì)減小，銅離子水解，加熱后氨氣揮發(fā)，會(huì)促使銅離子水解生成氫氧化銅；
（3）用乙醇和濃氨水的混合物洗滌晶體，可以減少晶體的損失，[Cu（NH₃）₄]SO₄•H₂O受熱易分解，所以不宜用加熱的方法干燥；
Ⅱ、NH₃的測(cè)定：將晶體溶于水，加入足量的氫氧化鈉溶液，加熱，使氨氣逸出，用一定量 的鹽酸吸收，再用氫氧鈉溶液測(cè)定未反應(yīng)的鹽酸，根據(jù)與氨氣反應(yīng)的鹽酸可計(jì)算出逸出的氨氣的物質(zhì)的量，
（4）裝置中長(zhǎng)頸漏斗插入小試管起液封的作用，可以防止氨氣跑到空氣中，同時(shí)可以減少NaOH溶液的用量，可以控制反應(yīng)的開(kāi)始及速率作用同分液漏斗；
（5）蒸氨過(guò)程中錐形瓶?jī)?nèi)銅離子水解生成氫氧化銅，氫氧化銅受熱分解生成氧化銅；銅氨配合離子的溶液呈深藍(lán)色，而銅離子的水溶液呈藍(lán)色，據(jù)此判斷；
（6）根據(jù)題意，用于滴定鹽酸的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為c₂ mol•L^-1×V₂ ml，則與氨氣反應(yīng)的鹽酸的物質(zhì)的量為V₁mL×c₁mol•L^-1-c₂ mol•L^-1×V₂ ml，據(jù)此可求得樣品中NH₃的質(zhì)量，再結(jié)合樣品的質(zhì)量可求得氨氣的分?jǐn)?shù)；
（7）[Cu（NH₃）₄]_x（SO₄）_y•zH₂O晶體中硫酸根和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為39.02%和7.32%，可得方程組$\left\{\begin{array}{l}{\frac{96y}{132x+96y+18z}=39.02%}\\{\frac{18z}{132x+96y+18z}=7.32%}\end{array}\right.$，根據(jù)方程組可確定x：y：z的值，進(jìn)而確定晶體的化學(xué)式；

解答 Ⅰ、實(shí)驗(yàn)室以廢銅屑、稀硫酸、氨水為主要原料合成[Cu（NH₃）₄]_x（SO₄）_y•zH₂O，其合成路線為：將廢銅屑灼燒生成CuO，再稀硫酸溶解得溶液A為硫酸銅溶液，在硫酸銅溶液中加氨水得懸濁液B為氫氧化銅懸濁液，繼續(xù)加氨水形成銅氨配合離子，所以溶液C為[Cu（NH₃）₄]_x（SO₄）_y溶液，在溶液C中加入乙醇，經(jīng)減壓過(guò)濾、洗滌、干燥得晶體，
（1）油污在灼燒時(shí)會(huì)生成二氧化碳和水而除去，不影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)，所以但本實(shí)驗(yàn)并不需要用熱的堿液浸泡以除去其表面的油污，
故答案為：灼燒時(shí)油污生成CO₂和H₂O而除去；
（2）晶體在乙醇溶液中溶解度會(huì)減小，所以試劑D為乙醇，若操作過(guò)程不加入試劑D而是加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶，則銅離子水解，加熱蒸發(fā)過(guò)程中NH₃揮發(fā)，使反應(yīng)[Cu（NH₃）₄]²⁺?Cu²⁺+4NH₃平衡往右移動(dòng)，且Cu²⁺發(fā)生水解，會(huì)生成Cu（OH）₂[或Cu₂（OH）₂SO₄]，所以會(huì)有雜質(zhì)Cu（OH）₂[或Cu₂（OH）₂SO₄]，
故答案為：無(wú)水乙醇；Cu（OH）₂[或Cu₂（OH）₂SO₄]；加熱蒸發(fā)過(guò)程中NH₃揮發(fā)，使反應(yīng)[Cu（NH₃）₄]²⁺?Cu²⁺+4NH₃平衡往右移動(dòng)，且Cu²⁺發(fā)生水解；
（3）用乙醇和濃氨水的混合物洗滌晶體，可以減少晶體的損失，[Cu（NH₃）₄]SO₄•H₂O受熱易分解，所以不宜用加熱的方法干燥，
故答案為：①減少粗產(chǎn)品的溶解損耗；②加熱易使[Cu（NH₃）₄]SO₄•H₂O分解；
Ⅱ、NH₃的測(cè)定：將晶體溶于水，加入足量的氫氧化鈉溶液，加熱，使氨氣逸出，用一定量 的鹽酸吸收，再用氫氧鈉溶液測(cè)定未反應(yīng)的鹽酸，根據(jù)與氨氣反應(yīng)的鹽酸可計(jì)算出逸出的氨氣的物質(zhì)的量，
（4）裝置中長(zhǎng)頸漏斗插入小試管起液封的作用，可以防止氨氣跑到空氣中，同時(shí)可以減少NaOH溶液的用量，可以控制反應(yīng)的開(kāi)始及速率作用同分液漏斗，
故答案為：液封并減少NaOH溶液的用量，可以控制反應(yīng)的開(kāi)始及速率作用同分液漏斗；
（5）蒸氨過(guò)程中錐形瓶?jī)?nèi)銅離子水解生成氫氧化銅，氫氧化銅受熱分解生成氧化銅，化學(xué)式為CuO，銅氨配合離子的溶液呈深藍(lán)色，而銅離子的水溶液呈藍(lán)色，所以氨完全蒸出的標(biāo)志為 溶液不再為深藍(lán)色，
故答案為：CuO；溶液不再為深藍(lán)色；
（6）根據(jù)題意，用于滴定鹽酸的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為c₂ mol•L^-1×V₂ ml，則與氨氣反應(yīng)的鹽酸的物質(zhì)的量為V₁mL×c₁mol•L^-1-c₂ mol•L^-1×V₂ mL，所以樣品中NH₃的質(zhì)量為17g/mol×（V₁L×c₁mol•L^-1-c₂ mol•L^-1×V₂ L）×10^-3=0.017（c₁V₁-c₂ V₂ ）g，樣品中氨氣的分?jǐn)?shù)為$\frac{0.017（{{{c}_{\;}}_{1}}_{\;}{V}_{1}-c{\;}_{2}{V}_{2}）g}{ag}$×100%=$\frac{1.7（{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}）}{ag}$%，
故答案為：$\frac{1.7（{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}）}{ag}$%；
（7）[Cu（NH₃）₄]_x（SO₄）_y•zH₂O晶體中硫酸根和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為39.02%和7.32%，可得方程組$\left\{\begin{array}{l}{\frac{96y}{132x+96y+18z}=39.02%}\\{\frac{18z}{132x+96y+18z}=7.32%}\end{array}\right.$，根據(jù)方程組知x：y：z=1：1：1，所以晶體的化學(xué)式為[Cu（NH₃）₄]SO₄•H₂O，
故答案為：[Cu（NH₃）₄]SO₄•H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備，涉及化學(xué)平衡移動(dòng)、結(jié)晶方式的分析、化學(xué)計(jì)算等，弄清實(shí)驗(yàn)原理、目的、要求、步驟和注意事項(xiàng)是解題的關(guān)鍵，中等難度．