Question

实验室利用铜屑、硝酸和硫酸的混酸为原料制备硫酸铜晶体。结合具体操作过程回答下列问题。

(1)配制混酸：将3 mol/L的硫酸（密度1.180g/cm³）与15mol/L的浓硝酸（密度1.400 g/cm³）按体积比5：1混合后冷却。

①计算混酸中硫酸的质量分数为__________；

②取1g混酸，用水稀释至20.00mL，用0.5mol/L烧碱进行滴定，消耗标准烧碱溶液的体积为__________mL。

(2)灼烧废铜屑：称量一定质量表面含油污的纯铜屑（铜含量为99.84%），置于坩埚中灼烧，将油污充分氧化后除去，直至铜屑表面均呈黑色。冷却后称量，固体质量比灼烧前增加了3.2 %，

①固体中氧元素的质量分数为__________（保留3位小数）；

②固体中铜与氧化铜的物质的量之比为___________。

(3)溶【解析】
称取2.064g固体，慢慢分批加入一定质量的混酸，恰好完全反应。列式计算产生NO气体体积在标准状况下的体积（设硝酸的还原产物只有NO）。______________

(4)结晶：将反应后的溶液水浴加热浓缩后冷却结晶，析出胆矾晶体。

①计算反应后溶液中CuSO₄的物质的量是__________；

②若最终得到胆矾晶体质量为6.400g，胆矾的产率为_________。（精确到1%）

Answer

0.20 12.33 0.033 45：7 403.2 0.0268mol 82%

【解析】

(1)①硫酸的质量分数等于硫酸溶质的质量除以混合溶液的质量；
②氢离子的物质的量与氢氧根的物质的量相等；
(2)①质量增重为O元素；
②O元素的物质的量等于氧化铜的物质的量；
(3)103.2g混合物含铜1.35mol，根据电子得失守恒计算一氧化氮的物质的量；
(4)①固体中含铜0.027mol，氧化铜0.0042mol，设加入的混酸中H2SO4与HNO3的物质的量均为amol，恰好完全反应后溶液中溶质为CuSO4和Cu(NO3)2，根据电荷守恒解题；
②固体中含铜0.027mol，氧化铜0.0042mol，根据铜元素守恒计算理论产量。

(1)①设硫酸和硝酸的体积分别为5mL和1mL，则硫酸的物质的量等于硝酸的物质的量，硫酸的质量分数：，故答案为：0.20；

②质量为7.3g的混酸中含有硫酸的物质的量=，由上可知硝酸的物质的量=，共含有0.045molH+，则1g混酸中含有H+为mol，中和时需要NaOH溶液的体积是V==12.33mL，故答案为：12.33；

(2)①设铜屑有100g，则含铜99.84g，灼烧后的质量为103.2g，则氧元素的质量为3.36g，氧元素的质量分数为，故答案为：0.033；

②若混合物为103.2g，则含氧化铜的物质的量=氧元素的物质的量=，铜的物质的量为，铜与氧化铜的物质的量之比为1.35mol：0.21mol=45:7，故答案为：45:7；

(3)103.2g混合物含铜1.35mol，2.064g固体中含铜0.027mol，根据电子得失守恒可知一氧化氮的物质的量为0.027mol×2/3=0.018mol，标准状况下的体积为0.018mol×22.4L/mol×1000mL/L=403.2mL，故答案为：403.2mL；

(4)①固体中含铜0.027mol，氧化铜0.0042mol，设加入的混酸中H2SO4与HNO3的物质的量均为amol，恰好完全反应后溶液中溶质为CuSO4和Cu(NO3)2，根据电荷守恒和上面分析，有以下关系式：2×(0.027mol+0.0042mol)=2a+a−0.018mol，解得a=0.0268mol，溶液中CuSO4的物质的量为0.0268mol，故答案为：0.0268mol；

②胆矾的理论产量为(0.027+0.0042)mol×250g/mol=7.8g，产率为，故答案为：82%。