Question

2．一學習小組利用下圖所示裝置，對某含少量Fe的廢銅屑進行銅含量的測定，并探究利用其制備硫酸銅溶液．
（1）向A中加入10g廢銅屑樣品，關閉彈簧夾，打開B活塞向A注入足量稀硫酸后關閉．此時裝置C中發生的現象是水面下降，水順長導管排入D中．
（2）反應進行到A中不再產生氣泡時，拆除C、D裝置后，為了使A中固體全部消失，①接下來的操作是：打開彈簧夾，持續將空氣通入A中．
②該過程中發生反應的離子方程式是4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
③為使A中固體加快溶解速率，以下方法運用合理的是a b d e．
a．對A裝置加熱     b．向A內加入少量Fe₂O₃     c．向A內加入少量CuO
d．增大空氣通入量   e．向A內加入少量FeSO₄     f．向A內加入少量H₂O
（3）待A中固體全部溶解后，再繼續通入一段時間空氣后，關閉彈簧夾，停止通入空氣．將A中溶液倒入燒杯內，加入Cu₂（OH）₂CO₃將其調節至pH=4時，溶液中鐵被完全沉淀，過濾后即得紅褐色沉淀與硫酸銅溶液，此過程離子反應方程式是Cu₂（OH）₂CO₃+H⁺+Fe³⁺=2Cu²⁺+Fe（OH）₃↓+CO₂↑．
（4）有同學認為，可以不用測量氣體法計算廢銅屑中銅的質量百分含量，其具體操作步驟可續寫為：將（4）中所得紅褐色沉淀洗滌、干燥、稱量、計算．

Answer 1

分析 （1）A中的廢銅屑含有鐵加入稀硫酸反應生成氫氣，裝置C是排水量氣裝置；
（2）①拆除C、D裝置后，打開彈簧夾，持續將空氣通入A中，至A中固體全部消失，再繼續通入一段時間空氣后，關閉彈簧夾，停止通入空氣；
②依據酸性環境下氧氣能夠氧化二價鐵離子生成三價鐵離子，三價鐵離子能夠與銅反應生成銅離子與二價鐵離子；
③加快A中的固體溶解速率增大，可以依據影響反應速率的因素分析；
（3）將A中溶液倒入燒杯內，加入Cu₂（OH）₂CO₃將其調節至pH=4時，溶液中鐵被完全沉淀，過濾后即得紅褐色沉淀與硫酸銅溶液，依據反應現象和反應物和產物分析書寫離子方程式；
（4）測定沉淀質量計算鐵元素質量來計算得到銅的質量分數．

解答 解：（1）A中的廢銅屑含有鐵加入稀硫酸反應生成氫氣，裝置C是排水量氣裝置，現象是C中液面下降，水被排到D中；
故答案為：水面下降，水順長導管排入D中；
（2）①拆除C、D裝置后，為了使A中固體全部消失，打開彈簧夾，持續將空氣通入A中；
故答案為：打開彈簧夾，持續將空氣通入A中；
②拆除C、D裝置后，打開彈簧夾，持續將空氣通入A中，生成的亞鐵離子被空氣中 的氧氣氧化為鐵離子，離子方程式：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，鐵離子和銅反應生成亞鐵離子，離子方程式：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
③為使A中固體加快溶解速率，
a．對A裝置加熱，溫度升高會加快反應速率，故a正確；
b．向A內加入少量Fe₂O₃，溶解后自動鐵離子濃度會提高溶解銅的反應速率，故b正確；
c．向A內加入少量CuO，和硫酸反應不能加快溶解速率，故c錯誤；
d．增大空氣通入量，自動氧氣濃度可以提高反應速率，故d正確；
e．向A內加入少量FeSO₄，增大了亞鐵離子濃度能加快反應速率，故e正確；
f．向A內加入少量H₂O，稀釋溶液濃度，反應速率減小，故f錯誤；
故選abde；
（3）將A中溶液倒入燒杯內，加入Cu₂（OH）₂CO₃將其調節至pH=4時，溶液中鐵被完全沉淀，過濾后即得紅褐色沉淀與硫酸銅溶液，此過程離子反應方程式是：Cu₂（OH）₂CO₃+H⁺+Fe³⁺=2Cu²⁺+Fe（OH）₃↓+CO₂↑，
故答案為：Cu₂（OH）₂CO₃+H⁺+Fe³⁺=2Cu²⁺+Fe（OH）₃↓+CO₂↑；
（4）不用測量氣體法，可以依據沉淀方法，測定沉淀氫氧化鐵質量，計算鐵元素質量，得到銅的質量，計算廢銅屑中銅的質量百分含量，沉淀實驗方法為：將得到的氫氧化鐵沉淀洗滌、干燥、稱量、計算，
故答案為：將（4）中所得紅褐色沉淀洗滌、干燥、稱量、計算．

點評 本題為實驗題，考查了物質性質的探究實驗方法和實驗設計，熟悉物質的性質是解題關鍵，注意影響反應速率因素，題目難度中等．