Question

【題目】實驗室利用銅屑、硝酸和硫酸的混酸為原料制備硫酸銅晶體。結合具體操作過程回答下列問題。

(1)配制混酸：將3 mol/L的硫酸（密度1.180g/cm3）與15mol/L的濃硝酸（密度1.400 g/cm3）按體積比5：1混合后冷卻。

①計算混酸中硫酸的質量分數為__________；

②取1g混酸，用水稀釋至20.00mL，用0.5mol/L燒堿進行滴定，消耗標準燒堿溶液的體積為__________mL。

(2)灼燒廢銅屑：稱量一定質量表面含油污的純銅屑（銅含量為99.84%），置于坩堝中灼燒，將油污充分氧化后除去，直至銅屑表面均呈黑色。冷卻后稱量，固體質量比灼燒前增加了3.2 %，

①固體中氧元素的質量分數為__________（保留3位小數）；

②固體中銅與氧化銅的物質的量之比為___________。

(3)溶解：稱取2.064g固體，慢慢分批加入一定質量的混酸，恰好完全反應。列式計算產生NO氣體體積在標準狀況下的體積（設硝酸的還原產物只有NO）。______________

(4)結晶：將反應后的溶液水浴加熱濃縮后冷卻結晶，析出膽礬晶體。

①計算反應后溶液中CuSO4的物質的量是__________；

②若最終得到膽礬晶體質量為6.400g，膽礬的產率為_________。（精確到1%）

Answer 1

【答案】0.20 12.33 0.033 45：7 403.2 0.0268mol 82%

【解析】

(1)①硫酸的質量分數等于硫酸溶質的質量除以混合溶液的質量；
②氫離子的物質的量與氫氧根的物質的量相等；
(2)①質量增重為O元素；
②O元素的物質的量等于氧化銅的物質的量；
(3)103.2g混合物含銅1.35mol，根據電子得失守恒計算一氧化氮的物質的量；
(4)①固體中含銅0.027mol，氧化銅0.0042mol，設加入的混酸中H2SO4與HNO3的物質的量均為amol，恰好完全反應后溶液中溶質為CuSO4和Cu(NO3)2，根據電荷守恒解題；
②固體中含銅0.027mol，氧化銅0.0042mol，根據銅元素守恒計算理論產量。

(1)①設硫酸和硝酸的體積分別為5mL和1mL，則硫酸的物質的量等于硝酸的物質的量，硫酸的質量分數：，故答案為：0.20；

②質量為7.3g的混酸中含有硫酸的物質的量=，由上可知硝酸的物質的量=，共含有0.045molH+，則1g混酸中含有H+為mol，中和時需要NaOH溶液的體積是V==12.33mL，故答案為：12.33；

(2)①設銅屑有100g，則含銅99.84g，灼燒后的質量為103.2g，則氧元素的質量為3.36g，氧元素的質量分數為，故答案為：0.033；

②若混合物為103.2g，則含氧化銅的物質的量=氧元素的物質的量=，銅的物質的量為，銅與氧化銅的物質的量之比為1.35mol：0.21mol=45:7，故答案為：45:7；

(3)103.2g混合物含銅1.35mol，2.064g固體中含銅0.027mol，根據電子得失守恒可知一氧化氮的物質的量為0.027mol×2/3=0.018mol，標準狀況下的體積為0.018mol×22.4L/mol×1000mL/L=403.2mL，故答案為：403.2mL；

(4)①固體中含銅0.027mol，氧化銅0.0042mol，設加入的混酸中H2SO4與HNO3的物質的量均為amol，恰好完全反應后溶液中溶質為CuSO4和Cu(NO3)2，根據電荷守恒和上面分析，有以下關系式：2×(0.027mol+0.0042mol)=2a+a0.018mol，解得a=0.0268mol，溶液中CuSO4的物質的量為0.0268mol，故答案為：0.0268mol；

②膽礬的理論產量為(0.027+0.0042)mol×250g/mol=7.8g，產率為，故答案為：82%。