實驗室以廢銅屑(含少量Fe、不溶*雜質)為原料製取CuSO4·5H2O晶體和[Cu(NH3)4]SO4·H2O...
問題詳情:
實驗室以廢銅屑(含少量Fe、不溶*雜質)為原料製取CuSO4·5H2O晶體和[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶體,其實驗流程如下:
(1)氧化時先加入一定量3 mol/L H2SO4,再調節濃**的用量至為2.0左右時,銅粉和濃**完全反應,主要反應的化學方程式為_______。
**過量對產品的影響為________________________________。
(2)廢銅屑的氧化在如圖1所示的裝置中進行。從長導管中通入氧氣的作用是___________。保持試劑的用量不變,實驗中提高Cu轉化率的*作有____________(寫一種)。
(3)調節溶液pH應在3.5~4.5範圍的原因是______________________。
(4)已知:[Cu(NH3)4]2+Cu2++4NH3;CuSO4、(NH4)2SO4難溶於乙醇。結合圖2,[Cu(NH3)4]SO4·H2O在乙醇水混合液中的溶解度隨乙醇濃度變化曲線,補充完整由加足量氨水後所得的[Cu(NH3)4]SO4溶液製備[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶體的實驗方案:______________ (實驗中必須使用的試劑和儀器:無水乙醇、乙醇-水混合液、BaCl2溶液、真空乾燥箱)。
【回答】
Cu+2HNO3+H2SO4CuSO4+2NO2↑+2H2O 降低產品的產率和純度 防止倒吸,使尾氣中的氮氧化物能被完全吸收 適當提高反應溫度、加快攪拌速率 使Fe3+完全水解轉化為Fe(OH)3沉澱除去,而Cu2+留在溶液中 將[Cu(NH3)4]SO4溶液加入無水乙醇中,過濾,所得沉澱先用乙醇-水混合液洗滌,至最後的洗滌濾液中滴加BaCl2溶液無沉澱生成,再將晶體用無水乙醇洗滌,放入真空乾燥箱中乾燥
【分析】
(1)Cu與濃**、硫*發生氧化還原反應產生CuSO4、NO2和H2O,根據原子守恆、電子守恆書寫反應方程式;結合物質成分分析Cu、HNO3的物質的量比例關係;
(2)從安全形度和環保角度分析通入O2的原因;根據影響反應速率的因素分析;
(3)根據Fe3+、Cu2+形成沉澱需要的溶液的pH分析;
(4)根據CuSO4、(NH4)2SO4、[Cu(NH3)4]SO4·H2O難溶於乙醇,乙溶於水,而[Cu(NH3)4]SO4·H2O在乙醇與水混合溶液中的溶解度隨乙醇含量的增大而減小分析。
【詳解】
(1) Cu與濃**、硫*發生氧化還原反應產生CuSO4、NO2和H2O,根據原子守恆、電子守恆書寫反應方程式為Cu+2HNO3+H2SO4CuSO4+2NO2↑+2H2O;在反應時為保*製取的CuSO4純度,要嚴格控制HNO3的用量,儘可能使**完全反應轉化為NO2氣體逸出,若**過量,則反應後的溶液中含有過量的**,則製取得到的CuSO4產品中混有Cu(NO3)2,導致產品的純度降低,且會是CuSO4的產率也減小;
(2)從長導管中通入氧氣,可以防止因NO2在NaOH溶液中的溶解而產生的裝置內氣體壓強減小,從而引起倒吸現象的發生;且能使反應產生的NO反應變為NO2,再被NaOH溶液完全吸收,就避免了氮氧化合物對大氣造成的汙染;
Cu是固體物質,在保持試劑的用量不變,在實驗中若要提高Cu轉化率,可通過適當提高反應溫度、加快攪拌速率使反應物充分接觸實現;
(3)在廢銅屑中含少量Fe,在用濃**與硫*混合液氧化Cu時,Fe被氧化變為Fe3+,由於Fe3+形成Fe(OH)3沉澱,沉澱完全時溶液的pH=3.2,調節溶液pH應在3.5~4.5範圍,就可以使Fe3+完全轉化為Fe(OH)3沉澱除去,而Cu2+仍留在溶液中,以保*製取得到純淨的CuSO4;
(4)將製得的[Cu(NH3)4]SO4溶液加入無水乙醇中,由圖象可知[Cu(NH3)4]SO4·H2O在無水乙醇中不能溶解,就會析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉澱,然後過濾得到[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉澱,所得沉澱中混有雜質CuSO4、(NH4)2SO4,先用乙醇-水混合液洗滌,除去雜質,然後根據BaSO4是白*不溶於水的沉澱,通過檢驗洗滌液中是否含有SO42-,來判斷沉澱是否洗滌乾淨,向最後的洗滌濾液中滴加BaCl2溶液無沉澱生成,說明沉澱洗滌乾淨,最後再將晶體用無水乙醇洗滌,放入真空乾燥箱中乾燥,就得到[Cu(NH3)4]SO4·H2O。
【點睛】
本題考查了物質的製備方法、反應條件的控制、環境保護及物質分離提純等。掌握反應原理,根據物質的溶解*、氧化*等分析解答。
知識點:**
題型:綜合題
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