Question

9．以下是某實驗小組用工業(yè)硫酸銅（含硫酸亞鐵等雜質）進行提純實驗，得到純凈硫酸銅晶體的流程：（已知 lg2=0.3）

請回答下列問題：
（1）①步驟I先將原料溶于一定量的稀硫酸中，然后除去不溶性雜質，操作名稱是過濾．若要檢驗溶液中含有的Fe²⁺，所用的試劑是K₃[Fe（CN）₆]
②步驟Ⅱ是為了除去Fe²⁺，常加入氧化劑使Fe²⁺氧化為Fe³⁺，最適合的物質是H₂O₂；
然后再加入適當物質調節(jié)溶液的pH，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃．為達到除去Fe³⁺而不損失CuSO₄的目的，調節(jié)溶液pH最好選用下列中的C．
A．NaOH      B．NH₃•H₂O     C．CuO     D．Cu
③已知常溫下Fe（OH）₃的溶度積K_sp=8.0×10^-38，Cu（OH）₂的溶度積K_sp=3.0×10^-20，通常認為殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol•L^-1時就認為沉淀完全，設溶液中CuSO₄的濃度為3.0mol•L^-1，通過計算確定步驟Ⅱ調節(jié)溶液pH的合理范圍為3.3～4．
（2）步驟Ⅲ中從硫酸銅溶液中得到膽礬，其實驗基本操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶過濾、洗滌和干燥．
（3）用滴定法測定CuSO₄•5H₂O的含量．取a g試樣配成100mL溶液，取20.00mL用c mol/L 滴定劑（[H₂Y]^2-，滴定劑不與雜質反應）滴定至終點，消耗滴定劑bmL，滴定反應：Cu²⁺+[H₂Y]^2-=[CuY]^2-+2H⁺．則CuSO₄•5H₂O質量分數的表達式是$\frac{5bc}{4a}$．
下列操作會導致CuSO₄•5H₂O含量的測定結果偏高的是c．
a．滴定臨近終點時，用洗瓶中的蒸餾水洗下滴定管尖嘴口的半滴標準液至錐形瓶中
b．滴定管用蒸餾水洗滌后，直接取20.00mL待測液于錐形瓶中
c．滴定前，滴定管尖端有氣泡，滴定后氣泡消失．

Answer 1

分析 （1）①不溶性雜質與溶液分離，利用過濾；檢驗溶液中含有的Fe²⁺，用K₃[Fe（CN）₆]（鐵氰化鉀）；
②滴加H₂O₂能將亞鐵離子氧化；CuO使鐵離子水解平衡正向移動；
③依據氫氧化銅飽和溶液中溶度積常數計算溶液中的氫離子濃度計算pH；結合氫氧化鐵溶度積和殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol•L^-1時就認為沉淀完全；
（2）從硫酸銅溶液經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌干燥得到膽礬；
（3）計算n（Cu²⁺），可計算出CuSO₄•5H₂O的質量，進而計算質量分數；導致CuSO₄•5H₂O含量的測定結果偏高，應使滴定液的體積偏大．

解答 解：（1）①不溶性雜質與溶液分離，利用過濾，則操作為過濾，檢驗溶液中含有的Fe²⁺，用K₃[Fe（CN）₆]（鐵氰化鉀），觀察是否有藍色沉淀即可；
故答案為：過濾；K₃[Fe（CN）₆]；
②除雜過程中將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，需加入氧化劑，為了不加入新雜質，選擇滴加H₂O₂；CuO使鐵離子水解平衡正向移動，目的是調節(jié)溶液的酸性，使Fe³⁺水解全部轉化為Fe（OH）₃沉淀；
故答案為：H₂O₂；C；
③Cu（OH）₂的溶度積K_sp=3.0×10^-20，溶液中CuSO₄的濃度為3.0mol•L^-1，c（Cu²⁺）=3.0mol•L^-1；依據溶度積常數c（Cu²⁺）×c²（OH^-）=3.0×10^-20；c²（OH^-）=$\frac{3.0×1{0}^{-20}}{3}$得到c（OH^-）=10^-10mol/L，依據水溶液中的離子積c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14；求的c（H⁺）=10^-4mol/L，溶液pH=4，則Cu（OH）₂開始沉淀時溶液的pH為4，殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol•L^-1時就認為沉淀完全，Fe（OH）₃的溶度積K_sp=8.0×10^-38，c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=8.0×10^-38；c³（OH^-）=$\frac{8×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}$=8.0×10^-33；求的c（OH^-）=2×10^-11mol/L；水溶液中的離子積c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14；c（H⁺）=5×10^-4mol/L，則pH=3.3，為了使鐵離子充分沉淀而銅離子不沉淀調節(jié)溶液pH的合理范圍為3.3～4；
故答案為：3.3～4；
（2）從硫酸銅溶液經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌干燥得到膽礬；
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；洗滌；
（3）20.00mLn（Cu²⁺）=n（H₂Y^2-）=bc×10^-3mol，
則ag試樣中n（CuSO₄•5H₂O）=bc×10^-3mol×$\frac{100}{20}$=5bc×10^-3mol，
m（CuSO₄•5H₂O）=5bc×10^-3mol×250g/mol=1.25bcg，
則CuSO₄•5H₂O質量分數為$\frac{1.25bc}{a}$=$\frac{5bc}{4a}$；
a．滴定臨近終點時，用洗瓶中的蒸餾水洗下滴定管尖嘴口的半滴標準液至錐形瓶中，對實驗無影響，故a錯誤；
b．滴定管用蒸餾水洗滌后，直接注入待測液，取20.00mL進行滴定，會導致溶液濃度偏小，測定結果偏低，故b錯誤；
c．滴定前，滴定管尖端有氣泡，滴定后氣泡消失，會導致體積偏大，測定結果偏大，故c正確；
故答案為：$\frac{5bc}{4a}$；c．

點評 本題綜合考查物質的制備，涉及物質的分離提純、溶度積、滴定實驗等知識點，側重于綜合考查學生的實驗能力和數據分析計算能力，注意把握實驗原理和實驗方法，題目難度較大．