Question

11．工業(yè)上制備 Cu（NO₃）₂•6H₂O的流程如下：

（1）步驟1中向裝置內通入氧氣可提高原料轉化率、減少空氣污染．用化學用語解釋其原因氮氧化物和氧氣、水反應生成硝酸，從而減少氮氧化物的排放，則降低空氣污染
（2）步驟2中
①調節(jié)pH值為使Fe³⁺沉淀完全，可以向溶液中加入cd（填字母）．
a．NaOH溶液            b．氨水           c．Cu（OH）₂　　　　d．CuO
②根據(jù)下表數(shù)據(jù)，溶液的 pH應保持在3.2≤pH值＜4.7范圍

	氫氧化物開始沉淀時的pH	氫氧化物沉淀完全時的pH
Fe3+	1.9	3.2
Cu2+	4.7	6.7

（3）步驟3中，要用硝酸調節(jié)溶液的pH=1，應用平衡原理解釋其原因為硝酸銅水解生成氫氧化銅和硝酸，加入硝酸抑制硝酸銅水解，得到較純凈的Cu（NO₃）₂•6H₂O
（4）在硝酸銅溶液中，各種離子濃度由大到小的順序是c（NO₃^-）＞c（Cu²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（5）步驟4的操作I應該為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
根據(jù)不同硝酸銅晶體的溶解度曲線（如圖所示）該操作溫度應控制在 25～30℃，原因為溫度高于30℃時，Cu（NO₃）₂•6H₂O水生成Cu（NO₃）₂•3H₂O．

Answer 1

分析 粗銅中含有Fe，將粗銅溶于硝酸，因為硝酸過量，粗銅和硝酸反應生成硝酸銅、硝酸鐵和氮氧化物，調節(jié)溶液的pH，將鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，然后過濾得到的濾渣為Fe（OH）₃，向濾液中加入稀硝酸并調節(jié)溶液的pH至1，硝酸銅水解生成氫氧化銅導致產(chǎn)率降低，為防止硝酸銅水解，所以調節(jié)溶液的pH至1，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到 Cu（NO₃）₂•6H₂O；
（1）氮氧化物和氧氣、水反應生成硝酸，從而減少氮氧化物的生成；
（2）①調節(jié)pH值為使Fe³⁺沉淀完全，加入的物質能和酸反應而調節(jié)溶液的pH值，且不能引進新的雜質；
②調節(jié)溶液的pH使鐵離子完全轉化為沉淀，而銅離子不能轉化為沉淀；
（3）步驟3中，要用硝酸調節(jié)溶液的pH=1，硝酸具有酸性，能抑制硝酸銅水解；
（4）硝酸銅是強酸弱堿鹽，銅離子水解導致溶液呈酸性，但其水解程度較小，硝酸根離子不水解，據(jù)此判斷該溶液中各種離子濃度由大到小順序；
（5）從溶液中得到晶體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶的方法，然后過濾、洗滌、干燥得到晶體；溫度高于30℃時，Cu（NO₃）₂•6H₂O水生成Cu（NO₃）₂•3H₂O．

解答 解：粗銅中含有Fe，將粗銅溶于硝酸，因為硝酸過量，粗銅和硝酸反應生成硝酸銅、硝酸鐵和氮氧化物，調節(jié)溶液的pH，將鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，然后過濾得到的濾渣為Fe（OH）₃，向濾液中加入稀硝酸并調節(jié)溶液的pH至1，硝酸銅水解生成氫氧化銅導致產(chǎn)率降低，為防止硝酸銅水解，所以調節(jié)溶液的pH至1，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到 Cu（NO₃）₂•6H₂O；
（1）氮氧化物和氧氣、水反應生成硝酸，從而減少氮氧化物的生成，則減少空氣污染，
故答案為：氮氧化物和氧氣、水反應生成硝酸，從而減少氮氧化物的排放，則降低空氣污染；
（2）①調節(jié)pH值為使Fe³⁺沉淀完全，加入的物質能和酸反應而調節(jié)溶液的pH值，且不能引進新的雜質，
ab都引進新的雜質，不符合；cd能和酸反應調節(jié)溶液的pH值，且不引進新的雜質，符合條件，
故選cd；
②調節(jié)溶液的pH使鐵離子完全轉化為沉淀，而銅離子不能轉化為沉淀，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，則溶液的pH調節(jié)為3.2≤pH值＜4.7，故答案為：3.2≤pH值＜4.7；
（3）步驟3中，硝酸銅為強酸弱堿鹽，銅離子水解生成氫氧化銅和硝酸，為防止銅離子水解，調節(jié)溶液的pH=1，
故答案為：硝酸銅水解生成氫氧化銅和硝酸，加入硝酸抑制硝酸銅水解，得到較純凈的Cu（NO₃）₂•6H₂O；
（4）硝酸銅是強酸弱堿鹽，銅離子水解導致溶液呈酸性，但其水解程度較小，硝酸根離子不水解，據(jù)此判斷該溶液中各種離子濃度由大到小順序為c（NO₃^-）＞c（Cu²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故答案為：c（NO₃^-）＞c（Cu²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（5）從溶液中得到晶體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶的方法，然后過濾、洗滌、干燥得到晶體；溫度高于30℃時，Cu（NO₃）₂•6H₂O水生成Cu（NO₃）₂•3H₂O，為了得到較多的Cu（NO₃）₂•6H₂O，溫度控制在 25～30℃，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；溫度高于30℃時，Cu（NO₃）₂•6H₂O水生成Cu（NO₃）₂•3H₂O．

點評 本題考查物質制備，為高頻考點，側重考查學生對化學工藝流程的理解和分析，明確流程圖中發(fā)生的反應、基本操作、物質的成分及其性質是解本題關鍵，難點是（2）題pH值的調節(jié)范圍判斷，只要調節(jié)溶液的pH值大于鐵離子完全沉淀而小于銅離子產(chǎn)生沉淀的即可．