Question

一水硫酸四氨合铜晶体[Cu(NH₃)₄SO₄·H₂O]常用作杀虫剂，媒染剂，在碱性镀铜中也常用作电镀液的主要成分，在工业上用途广泛。常温下该物质可溶于水，难溶于乙醇，在空气中不稳定，受热时易发生分解。某化学兴趣小组以Cu粉、3mol·L^-1的硫酸、浓氨水、10% NaOH溶液、95%的乙醇溶液、0.500 mol·L^-1稀盐酸、0.500 mol·L^-1 的NaOH溶液来制备一水硫酸四氨合铜晶体并测定其纯度。

I．CuSO₄溶液的制取

①实验室用铜与浓硫酸制备硫酸铜溶液时，往往会产生有污染的SO₂气体，随着硫酸浓度变小，反应会停止，使得硫酸利用率比较低。

②实际生产中往往将铜片在空气中加热，使其氧化生成CuO，再溶解在稀硫酸中即可得到硫酸铜溶液；这一过程缺点是铜片表面加热易被氧化，而包裹在里面的铜得不到氧化。

③所以工业上进行了改进，可以在浸入硫酸中的铜片表面不断通 O₂，并加热；也可以在硫酸和铜的混合容器中滴加 H₂O₂ 溶液。

④趁热过滤得蓝色溶液。

(1)某同学在上述实验制备硫酸铜溶液时铜有剩余，该同学将制得的CuSO₄溶液倒入另一蒸发皿中加热浓缩至有晶膜出现，冷却析出的晶体中含有白色粉末，试解释其原因________________。

(2)若按③进行制备，请写出Cu在H₂O₂ 作用下和稀硫酸反应的化学方程式_______________。

(3)H₂O₂溶液的浓度对铜片的溶解速率有影响。现通过下图将少量30％的H₂O₂溶液浓缩至40％，在B处应增加一个设备，该设备的作用是____________馏出物是 ______________________。

II．晶体的制备

将上述制备的CuSO₄溶液按如图所示进行操作

(1)硫酸铜溶液含有一定的硫酸，呈酸性，加入适量NH₃·H₂O调节溶液pH，产生浅蓝色沉淀，已知其成分为 Cu₂(OH)₂SO₄，试写出生成此沉淀的离子反应方程式__________。

(2)继续滴加 NH₃·H₂O，会转化生成深蓝色溶液，请写出从深蓝色溶液中析出深蓝色晶体的方法____________。并说明理由____________。

Ⅲ.产品纯度的测定

精确称取 mg 晶体，加适量水溶解，注入图示的三颈瓶中，然后逐滴加入足量 NaOH 溶液， 通入水蒸气，将样品液中的氨全部蒸出，并用蒸馏水冲洗导管内壁，用 V₁mL 0.500mol·L^－1 的盐酸标准溶液完全吸收。取下接收瓶，用 0.500 mol·L^－1 NaOH 标准溶液滴定过剩的 HCl(选用 甲基橙作指示剂)，到终点时消耗 V₂mLNaOH 溶液。

1.水 2.长玻璃管 3.10%NaOH溶液 4.样品液  5.盐酸标准溶液

(1)玻璃管2的作用________________。

(2)样品中产品纯度的表达式________________。（不用化简）

(3)下列实验操作可能使氨含量测定结果偏低的原因是_________________

A.滴定时未用 NaOH 标准溶液润洗滴定管

B.滴定过程中选用酚酞作指示剂

C.读数时，滴定前平视，滴定后俯视

D.取下接收瓶前，未用蒸馏水冲洗插入接收瓶中的导管外壁

E.由于操作不规范，滴定前无气泡，滴定后滴定管中产生气泡

Answer

反应中硫酸过量，在浓缩过程中，稀硫酸变浓，浓硫酸的吸水性使CuSO4·5H2O 失去结晶水变为 CuSO4 Cu+H2O2+H2SO4＝CuSO4+2H2O 减压设备 水（H2O） 2Cu2++2NH3·H2O+SO42-=Cu2(OH)2SO4+2NH4+ 加入乙醇或醇析 Cu(NH3)4SO4·H2O晶体难溶于乙醇，能溶于水 平衡气压，防止堵塞和倒吸 AB

【解析】

I．(1) 得到的为硫酸铜和硫酸溶液，浓缩时，硫酸变浓，具有吸水性；

(2) 双氧水与铜、稀硫酸反应生成硫酸铜和水；

(3) 过氧化氢受热易分解，故采用减压蒸馏的方式；

Ⅱ．(1) 硫酸铜与NH3•H2O反应生成Cu2(OH)2SO4，据此书写离子方程式；

(2) 根据Cu(NH3)4SO4•H2O可溶于水，难溶于乙醇分析；

Ⅲ. (1) 玻璃管2起到了平衡气压的作用；

(2)根据关系式计算；

(3) 氨含量测定结果偏低，说明中和滴定时消耗氢氧化钠溶液体积V2偏大。

I．(1) 得到的为硫酸铜和硫酸溶液,浓缩时,硫酸变浓,浓硫酸具有吸水性,使CuSO4·5H2O失去结晶水变为CuSO4，可使固体变为白色；

(2) Cu在H2O2作用下与稀硫酸反应生成硫酸铜，该反应的化学方程式为：Cu+H2O2+H2SO4＝CuSO4+2H2O；

(3) 过氧化氢受热易分解，故采用减压蒸馏的方式，则B处增加一个减压设备，馏出物为H2O；

II．(1) 浅蓝色沉淀的成分为Cu2(OH)2SO4，反应的离子方程式为：2Cu2++2NH3·H2O+SO42-=Cu2(OH)2SO4+2NH4+；

(2) 由题中信息，Cu(NH3)4SO4·H2O晶体难溶于乙醇，可溶于水，故加入乙醇(或醇析)可从深蓝色溶液中析出深蓝色晶体；

Ⅲ. (1) 装置中长导管可起到平衡气压，防止堵塞和倒吸；

(2)与氨气反应的n(HCl)=10−3V1L×0.500mol⋅L−1−0.500mol⋅L−1×10−3V2L=5×10−4(V1−V2)mol，根据NH3～HCl可知，n(NH3)=n(HCl)=5×10−4(V1−V2)mol，则n[Cu(NH3)4SO4·H2O]=n(NH3)= ×5×10−4(V1−V2)mol，样品中产品纯度的表达式为：×100%=×100%；

(3) A．滴定时未用NaOH标准溶液润洗滴定管,浓度偏低,则V2偏大，氨含量偏低，故A正确；

B．滴定过程中选用酚酞作指示剂，滴定终点时溶液呈碱性，消耗NaOH溶液体积偏大，测定的氨含量偏低，故B正确；

C．读数时，滴定前平视,滴定后俯视，导致V2偏小，则含量偏高，故C错误；

D．取下接收瓶前，未用蒸馏水冲洗插入接收瓶中的导管外壁，导致盐酸偏少，需要的氢氧化钠偏少，则V2偏小，含量偏高，故D错误；

E．由于操作不规范,滴定前无气泡,滴定后滴定管中产生气泡,导致消耗氢氧化钠溶液体积V2偏小，测定的氨含量偏高，故E错误；

故答案选AB。