Question

【題目】一水硫酸四氨合銅晶體[Cu(NH3)4SO4·H2O，相對分子質量為246]是一種重要的染料及農藥中間體。常溫下該物質可溶于水，難溶于乙醇。某化學興趣小組通過以下實驗制備一水硫酸四氨合銅晶體并測定其純度。回答相關問題：

I．實驗室制取CuSO4溶液

方案i：銅與濃硫酸加熱制備。

方案ii：將銅粉在空氣中充分加熱至完全變黑，再加稀硫酸即可得到硫酸銅溶液。

(1)請寫出方案i反應的化學方程式____，其缺點是____（寫1點）。

(2)實際生產中方案ii常常有紫紅色固體未反應，猜想原因可能是____。

(3)基于此，實驗進行了改進，其中一種方案是在硫酸和銅的反應容器中滴加H2O2溶液，觀察到的現象是____（寫1點）。H2O2的沸點為150.2℃。為加快反應需要提高H2O2溶液的濃度，可通過下圖將H2O2稀溶液濃縮，冷水入口是____（填a或b），增加減壓設備的目的是____。

II．一水硫酸四氨合銅晶體的制備

(4)硫酸銅溶液含有一定的硫酸，呈酸性，加入適量NH3·H2O調節溶液pH，產生淺藍色沉淀，已知其成分為Cu2(OH)2SO4，試寫出生成此沉淀的離子反應方程式__________。

(5)繼續滴加NH3·H2O，會轉化成深藍色溶液。從深藍色溶液中析出深藍色晶體的簡便實驗是滴加____________。

III．產品純度的測定

(6)精確稱取mg晶體，加適量水溶解，然后逐滴加入足量NaOH溶液，通入水蒸氣將氨全部蒸出，用V1mL0.200mol·L－1的鹽酸完全吸收。以甲基橙作指示劑，用0.200mol·L－1NaOH標準溶液滴定過剩的HCl，到終點時消耗V2mLNaOH溶液。產品純度的表達式為______。

Answer 1

【答案】Cu＋2H2SO4（濃）CuSO4＋ SO2↑＋2H2O 會產生有污染的SO2氣體（或硫酸利用率比較低或不節能） 表面生成的CuO阻止內部銅與O2接觸或反應 銅溶解、溶液變藍、產生氣泡 a 降低水的沸點，避免H2O2分解 2Cu2+＋2NH3·H2O＋SO42-=Cu2(OH)2SO4↓＋2NH4+ 乙醇 =

【解析】

（1）方案i銅與濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，化學方程式Cu＋2H2SO4（濃）CuSO4＋ SO2↑＋2H2O，其缺點是會產生有污染的SO2氣體（或硫酸利用率比較低或不節能）（寫1點）。故答案為：Cu＋2H2SO4（濃）CuSO4＋ SO2↑＋2H2O；會產生有污染的SO2氣體（或硫酸利用率比較低或不節能）；

（2）實際生產中方案ii常常有紫紅色固體未反應，猜想原因可能是表面生成的CuO阻止內部銅與O2接觸或反應。故答案為：表面生成的CuO阻止內部銅與O2接觸或反應；

（3）在硫酸和銅的反應容器中滴加H2O2溶液，Cu在H2O2作用下與稀硫酸反應生成硫酸銅，該反應的化學方程式為：Cu+H2O2+H2SO4═CuSO4+H2O，觀察到的現象是銅溶解、溶液變藍、產生氣泡（寫1點）。H2O2的沸點為150.2℃。為加快反應需要提高H2O2溶液的濃度，可通過減壓蒸餾將H2O2稀溶液濃縮，冷凝水逆流時熱交換效率高，冷水入口是a（填a或b），過氧化氫受熱易分解，故采用減壓蒸餾的方式，增加減壓設備的目的是降低水的沸點，避免H2O2分解。

故答案為：銅溶解、溶液變藍、產生氣泡；a；降低水的沸點，避免H2O2分解；

II．（4）硫酸銅溶液含有一定的硫酸，呈酸性，加入適量NH3·H2O調節溶液pH，產生淺藍色沉淀Cu2(OH)2SO4，生成此沉淀的離子反應方程式2Cu2+＋2NH3·H2O＋SO42-=Cu2(OH)2SO4↓＋2NH4+ 。故答案為：2Cu2+＋2NH3·H2O＋SO42-=Cu2(OH)2SO4↓＋2NH4+ ；

（5）繼續滴加NH3·H2O，會轉化成深藍色溶液。由于Cu（NH3）4SO4·H2O晶體難溶于乙醇，可溶于水，從深藍色溶液中析出深藍色晶體的簡便實驗是滴加乙醇。故答案為：乙醇；

III．（6）與氨氣反應的n（HCl）=10-3V1L×0.200mol·L-1-0.200mol·L-1×10-3V2L=2×10-4（V1-V2）mol，根據NH3～HCl可知，n（NH3）=n（HCl）=2×10-4（V1-V2）mol，則n[Cu（NH3）4SO4·H2O]=n（NH3）=5×10-5（V1-V2）mol，樣品中產品純度的表達式為：==。

故答案為：=。