Question

5．某銅礦石中銅元素含量較低，且含有鐵、鎂、鈣等雜質(zhì)離子．某小組在實驗室中用浸出萃取法制備硫酸銅：

（1）操作Ⅰ為過濾．操作Ⅱ用到的玻璃儀器有燒杯、分液漏斗．
（2）操作Ⅱ、操作Ⅲ的主要目的是除去雜質(zhì)、富集銅元素．
（3）小組成員利用CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合反應，制備環(huán)保型木材防腐劑Cu₂（OH）₂CO₃懸濁液．多次實驗發(fā)現(xiàn)所得藍色懸濁液顏色略有差異，查閱資料表明，可能由于條件控制不同使其中混有較多Cu（OH）₂或Cu₄（OH）₆SO₄．
已知Cu（OH）₂、Cu₂（OH）₂CO₃，Cu₄（OH）₆SO₄均難溶于水，可溶于酸；分解溫度依次為80℃、200℃、300℃．
設計實驗檢驗懸濁液成分，完成表中內(nèi)容．
限選試劑：2 mol•L^-1 HCl、1 mol•L^-1 H₂SO₄、0.1 mol•L^-1 NaOH、0.1 mol•L^-1BaCl₂、蒸餾水．儀器和用品自選．

實驗步驟	預期現(xiàn)象和結論
步驟1：取少量懸濁液，過濾，充分洗滌后，取濾渣于試管中，加入過量2mol/L的鹽酸溶液，充分振蕩，再滴加幾滴0.1mol/L氯化鋇溶液	有白色沉淀生成說明懸濁液中混有Cu4（OH）6SO4．
步驟2：另取少量懸濁液于試管中，將試管放入裝有沸水的小燒杯中水浴加熱一段時間取出試管觀察	試管中有黑色固體生成，說明懸濁液中混有Cu（OH）2．

（4）上述實驗需要100 mL 0.5 mol•L^-1的CuSO₄溶液，配制時需稱取12.5g CuSO₄•5H₂O（化學式量：250）．

Answer 1

分析 銅礦石溶于酸，然后采用過濾方法將難溶性固體和溶液分離，則操作I為過濾；然后向濾液中加入有機物采用萃取方法將含銅物質(zhì)和溶液分離，所以操作II為萃取，得到的有機相中含有銅元素，再采用硫酸最萃取劑將含銅有機相萃取，得到硫酸銅溶液和有機相，將硫酸銅溶液加熱濃縮、冷卻結晶得到硫酸銅晶體，
（1）操作Ⅰ是酸溶后分離固體和溶液，操作是過濾；操作II是分離互不相溶的液體，實驗操作是分液，
（2）依據(jù)操作II、操作III得到的物質(zhì)和實驗目的，浸出-萃取法制備硫酸銅，水相和有機相為了除去雜質(zhì)；
（3）證明含有Cu₄（OH）₆SO₄，可以證明硫酸根離子的存在設計實驗驗證；氫氧化銅的存在可以利用加熱懸濁液氫氧化銅分解生成黑色的氧化銅沉淀分析回答；
（4）依據(jù)銅元素守恒結合物質(zhì)的量計算晶體質(zhì)量．

解答 解：銅礦石溶于酸，然后采用過濾方法將難溶性固體和溶液分離，則操作I為過濾；然后向濾液中加入有機物采用萃取方法將含銅物質(zhì)和溶液分離，所以操作II為萃取，得到的有機相中含有銅元素，再采用硫酸最萃取劑將含銅有機相萃取，得到硫酸銅溶液和有機相，將硫酸銅溶液加熱濃縮、冷卻結晶得到硫酸銅晶體，
（1）依據(jù)流程圖分析操作Ⅰ是礦石酸溶后分離固體和液體的方法，實驗操作是過濾；操作Ⅱ是加入有機物溶解銅的化合物且能和水分層，實驗操作是分液，用到的玻璃儀器有燒杯、分液漏斗等；
故答案為：過濾；分液漏斗；
（2）利用水和有機溶劑萃取提純硫酸銅溶液結晶得到硫酸銅晶體；操作II、操作III的主要目的是除去溶液中的雜質(zhì)；
故答案為：除去雜質(zhì)；
（3）利用CuSO₄溶液與Na₂CO₃溶液混合反應，制備環(huán)保型木材防腐劑 Cu₂（OH）₂CO₃懸濁液，由于條件控制不同使其中混有較多Cu（OH）₂或Cu₄（OH）₆SO₄．實驗驗證雜質(zhì)的存在，可以檢驗是否含硫酸根離子檢驗Cu₄（OH）₆SO₄的存在，加入鹽酸排除其他離子的干擾，加入氯化鋇生成白色沉淀證明含Cu₄（OH）₆SO₄；依據(jù)氫氧化銅受熱分解生成氧化銅黑色沉淀設計實驗來分析驗證，取少量懸濁液于試管中利用沸水浴加熱試管；試管中有黑色沉淀生成證明含Cu（OH）₂；水浴加熱的目的是避免溫度過高氧化銅分解；
故答案為：步驟1：加入過量2mol/L的鹽酸溶液，充分振蕩，再滴加幾滴0.1mol/L氯化鋇溶液；有白色沉淀生成；
步驟2：將試管放入裝有沸水的小燒杯中水浴加熱一段時間取出試管觀察；試管中有黑色固體生成；
（4）溶質(zhì)CuSO₄的物質(zhì)的量為0.05 mol，則需要CuSO₄•5H₂O也為0.05 mol，其質(zhì)量為12.5 g；
故答案為：12.5．

點評 本題考查物質(zhì)的分離提純、制備、離子檢驗及物質(zhì)的量濃度溶液配制，明確反應原理是解本題關鍵，難點是（3）題實驗方案設計，知道常見物質(zhì)的性質(zhì)及顏色，題目難度不大．