Question

20．孔雀石的主要成分為Cu₂（OH）₂CO₃（含少量FeO、Fe₂O₃、SiO₂）．某小組同學在實驗室以孔雀石為原料制備膽礬，并測定所得膽礬中結晶水的含量．實驗步驟如下：

（提供試劑：NaOH溶液、H₂O₂溶液、CuO、Na₂CO₃）
完成下列填空：
（1）孔雀石的主要成分與稀硫酸反應的離子方程式為Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑．
（2）按試劑加入順序，w所代表的試劑依次為H₂O₂溶液、CuO．沉淀B的成分為Fe（OH）₃、CuO．
（3）a操作依次為：加熱蒸發、冷卻結晶、過濾、洗滌、自然干燥．除燒杯、漏斗之外過濾還需要另一玻璃儀器，該儀器在此操作中的主要作用是引流．
（4）欲檢驗溶液A中Fe²⁺的試劑是d（選填序號）．如果測定Fe²⁺的含量，需要用容量瓶配制某標準溶液，請簡述配置中“定容”的操作：
加水到離刻度線2～3cm處改用膠頭滴管滴加蒸餾水，直到凹液面的最低線與刻度線相平．
a、NaOH（aq） b、Na₂CO₃（aq） c、淀粉KI（aq） d、酸性KMnO₄（aq）
（5）在測定所得膽礬（CuSO₄•xH₂O）中結晶水x值的實驗過程中，若測定結果的實驗誤差為1.5%，可能的原因是a、d．
a、加熱溫度過高               b、膽礬晶體的顆粒較大
c、加熱后放在空氣中冷卻         d、加熱膽礬晶體時有晶體從坩堝中濺出
（6）該小組一位同學根據實驗結果求出樣品中孔雀石的質量分數為：$\frac{{m}_{2}}{250}$×$\frac{222}{2{m}_{1}}$，另一位同學不同意，其原因是在除雜過程中加入了CuO，會使結果偏大．

Answer 1

分析 m₁g孔雀石的主要成分為Cu₂（OH）₂CO₃（含少量FeO、Fe₂O₃、SiO₂），加入稀硫酸過濾得到濾渣二氧化硅和溶液A為硫酸銅、硫酸亞鐵、硫酸鐵，加入W為過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氧化銅調節溶液的PH沉淀鐵離子，過濾得到沉淀B為氫氧化鐵和過量的氧化銅，溶液B為硫酸銅溶液，通過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌、干燥得到硫酸銅晶體m₂g，受熱失去結晶水得到硫酸銅固體m₃g，
（1）根據推導可知，E是二氧化碳，堿式碳酸銅和硫酸反應生成硫酸銅、水和二氧化碳；
（2）流程中分析可知，W為加入氧化劑氧化亞鐵離子，加入氧化銅調節溶液PH使鐵離子全部沉淀，過濾得到沉淀B為氫氧化鐵和氧化銅；
（3）從溶液中獲得硫酸銅晶體，直接加熱會導致硫酸銅失去結晶水，應該采用加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、自然干燥的操作方法；過濾中需要玻璃棒引流；
（4）Fe³⁺的檢驗方法為：取待測液于試管中，向待測溶液中加入KSCN溶液，溶液立刻變成紅色說明溶液中有Fe³⁺，即Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃；根據常見離子的顏色判斷Fe³⁺（黃色）；Fe³⁺與OH^-反應生成紅褐色Fe（OH）₃；Fe²⁺的檢驗方法為：再取待測液于試管中，加KSCN溶液沒有明顯現象，加入氯水溶液變成紅色，說明溶液只有Fe²⁺；根據常見離子的顏色判斷Fe²⁺（淺綠色）；向Fe²⁺溶液中加入NaOH溶液后，觀察到生成的白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色；Fe²⁺能使酸性KMnO₄溶液褪色，注意混合溶液中亞鐵離子檢驗需要注意現象的相互干擾，據此即可解答，A中含有鐵離子和亞鐵離子；
（5）應稱量坩堝的質量，坩堝和晶體的質量，加熱后坩堝的質量，加熱后再稱量一次坩堝的質量，判斷質量是否發生變化，共稱量4次；
a．加熱溫度過高，會導致硫酸銅分解，質量變化較大；            
b．膽礬晶體的顆粒較大，會導致晶體解熱分解不完全，質量變化偏小，結果偏小；
c．加熱后放在空氣中冷卻，會吸收空氣中的水重新形成晶體，結果偏小；    
d．膽礬晶體濺出，導致結晶水含量增大；
（6）膽礬中的銅元素來自樣品和調節pH時加入的氧化銅．

解答 解：（1）根據推導可知，E是二氧化碳，堿式碳酸銅和硫酸反應生成硫酸銅、水和二氧化碳，反應的離子方程式為：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑，
故答案為：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑；
（2）按試劑加入順序，w所代表的試劑依次為加入氧化劑過氧化氫氧化亞鐵離子，不引入其他雜志離子，加入氧化銅調節溶液PH使鐵離子全部沉淀，過濾得到沉淀B為Fe（OH）₃、CuO，
故答案為：H₂O₂溶液、CuO；Fe（OH）₃、CuO；
（3）從溶液C中獲得硫酸銅晶體，直接加熱蒸干會導致硫酸銅失去結晶水，應該采用的操作方法為：加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、自然干燥，除燒杯、漏斗之外過濾還需要另一玻璃儀器為玻璃棒，該儀器在此操作中的主要作用是引流，
故答案為：冷卻結晶，自然干燥；引流；
（4）溶液A中含亞鐵離子和鐵離子，
a、NaOH溶液，向Fe²⁺溶液中加入NaOH溶液后，Fe²⁺與OH^-反應生成Fe（OH）₂，Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓，Fe（OH）₂不穩定易被氧氣氧化為Fe（OH）₃，4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，白色的Fe（OH）₂沉淀變成紅褐色Fe（OH）₃，向Fe²⁺溶液中加入NaOH溶液后，觀察到生成的白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色；Fe³⁺與OH^-反應Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，生成紅褐色Fe（OH）₃，兩者反應現象干擾，不能檢驗該溶液中存在Fe²⁺，故a錯誤； 
b、Na₂CO₃（aq） 和亞鐵離子生成沉淀，和鐵離子雙水解生成氫氧化鐵沉淀和二氧化碳，溶液渾濁不能檢驗亞鐵離子，故b錯誤；
c、淀粉KI（aq） 和鐵離子發生氧化還原反應生成碘單質和亞鐵離子，溶液顏色相近不能鑒別亞鐵離子，故c錯誤；
d、酸性KMnO₄（aq），因為Fe²⁺具有較強的還原性能使酸性KMnO₄溶液褪色，Fe³⁺不能，故能夠用酸性KMnO₄溶液鑒別Fe²⁺和Fe³⁺，故d正確；
如果測定Fe²⁺的含量，需要用容量瓶配制某標準溶液，加水到離刻度線2～3cm處改用膠頭滴管滴加蒸餾水，直到凹液面的最低線與刻度線相平，
故答案為：d；加水到離刻度線2～3cm處改用膠頭滴管滴加蒸餾水，直到凹液面的最低線與刻度線相平；
（5）測定所得膽礬（CuSO₄•xH₂O）中結晶水x值，應稱量坩堝的質量，坩堝和晶體的質量，加熱后坩堝的質量，加熱后再稱量一次坩堝的質量，判斷質量是否在誤差允許范圍內及兩次值是否相差不超過0.1g，所以至少稱量4次；
a．加熱溫度過高，會導致硫酸銅分解，質量變化較大，導致結果偏大，故a正確；            
b．膽礬晶體的顆粒較大，會導致晶體解熱分解不完全，質量變化偏小，結果偏小，故b錯誤；
c．加熱后放在空氣中冷卻，會吸收空氣中的水重新形成晶體，導致測定結果偏小，故c錯誤；    
d．加熱膽礬晶體時有晶體從坩堝中濺出，導致測定的結晶水的質量偏大，測定的x值偏大，故d正確；
故答案為：ad；
（6）向溶液中加入CuO調節溶液的pH，沉淀II為Fe（OH）₃，所以膽礬中的銅元素不是都來自樣品，因此該小組一位同學根據實驗結果求出樣品中CuO的質量分數偏大，
故答案為：在除雜過程中加入了CuO，會使結果偏大．

點評 本題考查了物質制備的過程分析判斷，主要是雜質離子的分離、離子性質的理解應用、實驗誤差分析應用，明確流程為解題關鍵，題目難度中等．