Question

一水硫酸四氨合铜晶体[Cu(NH₃)₄SO₄·H₂O，相对分子质量为246]是一种重要的染料及农药中间体。常温下该物质可溶于水，难溶于乙醇。某化学兴趣小组通过以下实验制备一水硫酸四氨合铜晶体并测定其纯度。回答相关问题：

I．实验室制取CuSO₄溶液

方案i：铜与浓硫酸加热制备。

方案ii：将铜粉在空气中充分加热至完全变黑，再加稀硫酸即可得到硫酸铜溶液。

(1)请写出方案i反应的化学方程式____，其缺点是____（写1点）。

(2)实际生产中方案ii常常有紫红色固体未反应，猜想原因可能是____。

(3)基于此，实验进行了改进，其中一种方案是在硫酸和铜的反应容器中滴加H₂O₂溶液，观察到的现象是____（写1点）。H₂O₂的沸点为150.2℃。为加快反应需要提高H₂O₂溶液的浓度，可通过下图将H₂O₂稀溶液浓缩，冷水入口是____（填a或b），增加减压设备的目的是____。

II．一水硫酸四氨合铜晶体的制备

(4)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__________。

(5)继续滴加NH₃·H₂O，会转化成深蓝色溶液。从深蓝色溶液中析出深蓝色晶体的简便实验是滴加____________。

III．产品纯度的测定

(6)精确称取mg晶体，加适量水溶解，然后逐滴加入足量NaOH溶液，通入水蒸气将氨全部蒸出，用V₁mL0.200mol·L^－1的盐酸完全吸收。以甲基橙作指示剂，用0.200mol·L^－1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗V₂mLNaOH溶液。产品纯度的表达式为______。

Answer

Cu＋2H2SO4（浓）CuSO4＋ SO2↑＋2H2O 会产生有污染的SO2气体（或硫酸利用率比较低或不节能） 表面生成的CuO阻止内部铜与O2接触或反应 铜溶解、溶液变蓝、产生气泡 a 降低水的沸点，避免H2O2分解 2Cu2+＋2NH3·H2O＋SO42-=Cu2(OH)2SO4↓＋2NH4+ 乙醇 =

【解析】

（1）方案i铜与浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，化学方程式Cu＋2H2SO4（浓）CuSO4＋ SO2↑＋2H2O，其缺点是会产生有污染的SO2气体（或硫酸利用率比较低或不节能）（写1点）。故答案为：Cu＋2H2SO4（浓）CuSO4＋ SO2↑＋2H2O；会产生有污染的SO2气体（或硫酸利用率比较低或不节能）；

（2）实际生产中方案ii常常有紫红色固体未反应，猜想原因可能是表面生成的CuO阻止内部铜与O2接触或反应。故答案为：表面生成的CuO阻止内部铜与O2接触或反应；

（3）在硫酸和铜的反应容器中滴加H2O2溶液，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+H2O，观察到的现象是铜溶解、溶液变蓝、产生气泡（写1点）。H2O2的沸点为150.2℃。为加快反应需要提高H2O2溶液的浓度，可通过减压蒸馏将H2O2稀溶液浓缩，冷凝水逆流时热交换效率高，冷水入口是a（填a或b），过氧化氢受热易分解，故采用减压蒸馏的方式，增加减压设备的目的是降低水的沸点，避免H2O2分解。

故答案为：铜溶解、溶液变蓝、产生气泡；a；降低水的沸点，避免H2O2分解；

II．（4）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Cu2(OH)2SO4，生成此沉淀的离子反应方程式2Cu2+＋2NH3·H2O＋SO42-=Cu2(OH)2SO4↓＋2NH4+ 。故答案为：2Cu2+＋2NH3·H2O＋SO42-=Cu2(OH)2SO4↓＋2NH4+ ；

（5）继续滴加NH3·H2O，会转化成深蓝色溶液。由于Cu（NH3）4SO4·H2O晶体难溶于乙醇，可溶于水，从深蓝色溶液中析出深蓝色晶体的简便实验是滴加乙醇。故答案为：乙醇；

III．（6）与氨气反应的n（HCl）=10-3V1L×0.200mol·L-1-0.200mol·L-1×10-3V2L=2×10-4（V1-V2）mol，根据NH3～HCl可知，n（NH3）=n（HCl）=2×10-4（V1-V2）mol，则n[Cu（NH3）4SO4·H2O]=n（NH3）=5×10-5（V1-V2）mol，样品中产品纯度的表达式为：==。

故答案为：=。