2.某化學興趣小組探究在實驗室中由Cu為原料制取CuSO4溶液的實驗方案,并進行評價分析、實驗探究和方案改進.
【實驗方案】
方案一:Cu$→_{△}^{O_{2}}$CuO$\stackrel{稀H_{2}SO_{4}}{→}$CuSO4
方案二:Cu$→_{H_{2}O_{2}}^{稀H_{2}SO_{4}}$CuSO4[Cu+H2O2+H2SO4(。┄TCuSO4+2H2O]
方案三:Cu$→_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CuSO4[Cu+2H2SO4(濃)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O]
方案四:Cu$\stackrel{Fe_{2}(SO_{4})_{3}}{→}$CuSO4[Cu+Fe2(SO43═CuSO4+2FeSO4]
方案五:Cu$→_{稀HNO_{3}}^{稀H_{2}SO_{4}}$CuSO4[3Cu+3H2SO4(。+2HNO3(。┄T3CuSO4+2NO↑+4H2O]
【評價分析】
(1)方案二與方案一相比,優(yōu)點是實驗的操作步驟不需要走分步進行和不需要加熱.但工業(yè)上不采用方案二大量使用H2O2制硫酸銅的原因是成本高.
(2)方案三與方案一、二相比,缺點是生成相同質(zhì)量硫酸銅時消耗硫酸多和反應(yīng)會產(chǎn)生SO2.生產(chǎn)生活中大量的SO2排放到空氣中容易形成酸雨.
【實驗探究】
(3)老師設(shè)計了如下的實驗方案四:

已知:①4FeSO4+O2+2H2SO4(稀)═2Fe2(SO43+2H2O
          ②溶液中pH=3.2時Fe(OH)3開始沉淀,實驗流程中“濾渣”的化學式為Fe(OH)3,濾渣與稀H2SO4反應(yīng)的化學方程式為2Fe(OH)3+3H2SO4=Fe2(SO43+6H2O.
【方案改進】
(4)某同學針對方案五查閱資料:Cu與稀H2SO4和稀HNO3的混合酸反應(yīng)時,生成的無色NO氣體很容易在常溫下與空氣中的O2反應(yīng),生成紅棕色,有刺激性氣味的有毒氣體NO2:NO2溶于H2O時生成HNO3和NO,工業(yè)上利用這一生產(chǎn)原理生產(chǎn)HNO3.NO2溶于H2O的化學反應(yīng)方程式為3NO2+H2O=2HNO3+NO,若采用方案五制取CuSO4溶液,根據(jù)上述查閱資料所獲得的反應(yīng)原理,改進的實驗方案中可循環(huán)使用的物質(zhì)是NO2(填化學式).

分析 (1)不同的實驗方案,優(yōu)缺點不同;
(2)空氣中二氧化硫含量過高時,會導致產(chǎn)生酸雨;
(3)氫氧化鐵和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水;
(4)根據(jù)反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件及其質(zhì)量守恒定律可以書寫反應(yīng)的化學方程式.

解答 解:(1)方案二與方案一相比,優(yōu)點是實驗的操作步驟不需要走分步進行和不需要加熱;
但工業(yè)上不采用方案二大量使用H2O2制硫酸銅的原因是:需要消耗大量的過氧化氫,成本高.
故填:不需要加熱;成本高.
(2)方案三與方案一、二相比,缺點是生成相同質(zhì)量硫酸銅時消耗硫酸多和反應(yīng)會產(chǎn)生SO2
生產(chǎn)生活中大量的SO2排放到空氣中時,二氧化硫能和水反應(yīng)生成亞硫酸、硫酸等物質(zhì),容易形成酸雨.
故填:生成相同質(zhì)量硫酸銅時消耗硫酸多;酸雨.
(3)②溶液中pH=3.2時Fe(OH)3開始沉淀,實驗流程中“濾渣”是氫氧化鐵,氫氧化鐵的化學式為Fe(OH)3;
氫氧化鐵與稀H2SO4反應(yīng)生成硫酸鐵和水,反應(yīng)的化學方程式為;2Fe(OH)3+3H2SO4=Fe2(SO43+6H2O.
故填:Fe(OH)3;2Fe(OH)3+3H2SO4=Fe2(SO43+6H2O.
(4)NO2溶于H2O時生成HNO3和NO,反應(yīng)的化學方程式為:3NO2+H2O=2HNO3+NO;
若采用方案五制取CuSO4溶液,根據(jù)上述查閱資料所獲得的反應(yīng)原理,改進的實驗方案中可循環(huán)使用的物質(zhì)是NO2
故填:3NO2+H2O=2HNO3+NO;NO2

點評 合理設(shè)計實驗,科學地進行實驗、分析實驗,是得出正確實驗結(jié)論的前提,因此要學會設(shè)計實驗、進行實驗、分析實驗,為學好化學知識奠定基礎(chǔ).

練習冊系列答案
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