Question

6．硝酸銅是常用的一種無(wú)機(jī)化學(xué)試劑
（1）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在保溫去鐵的過(guò)程中，為使Fe³⁺沉淀完全，可以向溶液中加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH，根據(jù)下表數(shù)據(jù)，溶液的pH應(yīng)保持在3.2--4.7范圍

	氫氧化物開(kāi)始沉淀時(shí)的pH	氫氧化物沉淀完全時(shí)的pH
Fe3+	1.9	3.2
Cu2+	4.7	6.7

③在濾液蒸發(fā)濃縮步驟中，適當(dāng)加入稀硝酸的作用是抑制加熱過(guò)程中Cu²⁺的水解
（2）某研究學(xué)習(xí)小組將一定質(zhì)量的硝酸銅晶體【Cu（NO₃）₂.6H₂O】放在坩堝中加熱，在不同溫度階段進(jìn)行質(zhì)量分析，繪制出剩余固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溫度關(guān)系如圖2所示．據(jù)圖回答下列問(wèn)題：
①當(dāng)溫度27℃＜T＜120℃時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu（NO₃）₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•3H₂O+3H₂O
②剩余固體質(zhì)量為38.4g時(shí)，固體成分為【Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂】當(dāng)溫度120℃＜T＜800℃時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Cu（NO₃）₂•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂+4NO₂↑+O₂↑+7H₂O （此溫度下，HNO₃也分解）
③當(dāng)剩余固體質(zhì)量為21.6g時(shí)，固體的化學(xué)式為Cu₂O
（3）制備無(wú)水硝酸銅的方法之一是用Cu與液態(tài)N₂O₄反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程
中有無(wú)色氣體放出，遇到空氣變紅棕色．反應(yīng)的化學(xué)方程式是Cu+2N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑．

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(shí)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(guò)濾得到濾渣，濾液為Cu（NO₃）₂溶液，向?yàn)V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(guò)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調(diào)節(jié)溶液的pH使氫氧化鐵完全沉淀，銅離子不產(chǎn)生沉淀，據(jù)此判斷溶液的pH；加入的物質(zhì)不能引進(jìn)新的雜質(zhì)，且要將鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀，增大溶液的pH；
③酸性條件下能抑制銅離子水解；
（2）①根據(jù)圖象可知，當(dāng)溫度27℃＜T＜120℃時(shí)，硝酸銅晶體【Cu（NO₃）₂.6H₂O】部分失去結(jié)晶水；
②根據(jù)上述分析，當(dāng)溫度27℃＜T＜120℃時(shí)，生成物為Cu（NO₃）₂•3H₂O，剩余固體質(zhì)量38.4g時(shí)，固體成分為【Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂】，又因?yàn)榇藴囟认翲NO₃也分解，所以當(dāng)溫度120℃＜T＜800℃時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Cu（NO₃）₂•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂+4NO₂↑+O₂↑+7H₂O；
③根據(jù)縱坐標(biāo)的數(shù)據(jù)關(guān)系；
（3）Cu與液態(tài)N₂O₄反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中有無(wú)色氣體放出，遇到空氣變紅棕色，說(shuō)明生成物有NO．

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(shí)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(guò)濾得到濾渣，濾液為Cu（NO₃）₂溶液，向?yàn)V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(guò)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調(diào)節(jié)溶液的pH使氫氧化鐵完全沉淀，銅離子不產(chǎn)生沉淀，當(dāng)溶液的pH在1.9～3.2之間，鐵離子沉淀，而銅離子不產(chǎn)生沉淀，pH為4.7時(shí)銅離子產(chǎn)生沉淀，所以調(diào)節(jié)溶液的pH為3.2--4.7；
故答案為：3.2--4.7；
③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：抑制加熱過(guò)程中Cu²⁺的水解；
（2）①根據(jù)圖象可知，當(dāng)溫度27℃＜T＜120℃時(shí)，硝酸銅晶體【Cu（NO₃）₂.6H₂O】部分失去結(jié)晶水，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu（NO₃）₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•3H₂O+3H₂O↑
故答案為：Cu（NO₃）₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•3H₂O+3H₂O；
②根據(jù)上述分析，當(dāng)溫度27℃＜T＜120℃時(shí)，生成物為Cu（NO₃）₂•3H₂O，剩余固體質(zhì)量38.4g時(shí)，固體成分為【Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂】，又因?yàn)榇藴囟认翲NO₃也分解，所以當(dāng)溫度120℃＜T＜800℃時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Cu（NO₃）₂•3H₂O=Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂+4NO₂↑+O₂↑+7H₂O，
故答案為：3Cu（NO₃）₂•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu（NO₃）₂•2Cu（OH）₂+4NO₂↑+O₂↑+7H₂O；
③根據(jù)縱坐標(biāo)的數(shù)據(jù)關(guān)系，當(dāng)剩余固體質(zhì)量為21.6g時(shí)，固體的化學(xué)式為Cu₂O；
故答案為：Cu₂O
（3）Cu與液態(tài)N₂O₄反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中有無(wú)色氣體放出，遇到空氣變紅棕色．反應(yīng)的化學(xué)方程式是Cu+2 N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑，
故答案為：Cu+2 N₂O₄=Cu（NO₃）₂+2NO↑．

點(diǎn)評(píng) 本題以銅和酸的反應(yīng)為載體考查混合物的分離和提純，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(gè)步驟發(fā)生的反應(yīng)，知道圖2中曲線(xiàn)上、下區(qū)域表示的含義，注意鹽類(lèi)水解的影響因素，題目難度中等．