Question

硫酸銅是一種應用極其廣泛的化工原料。銅不能與稀硫酸直接反應，本實驗中將適量濃硝酸分多次加入到銅粉與稀硫酸的混合物中，加熱使之反應完全，通過蒸發(fā)、結晶得到硫酸銅晶體(裝置如圖1、2所示)。
    
（1）圖1燒瓶中發(fā)生的離子反應方程式為：                                      
（2）圖2是圖1的改進裝置，其優(yōu)點有：
①                          ；②                                      。
（3）為符合綠色化學的要求，某研究性學習小組進行如下設計：
方案1：以空氣為氧化劑。將銅粉在儀器B中反復灼燒，使銅與空氣充分反應生成氧化銅，再將氧化銅與稀硫酸反應。
方案2：將空氣或氧氣直接通入到銅粉與稀硫酸的混合物中，發(fā)現(xiàn)在常溫下幾乎不反應。向反應液中加FeSO4或Fe2（SO4）3，即發(fā)生反應。反應完全后向其中加物質甲調節(jié)pH到3～4，產(chǎn)生Fe（OH）3沉淀，過濾．蒸發(fā)．結晶，濾渣作催化劑循環(huán)使用。（已知Fe（OH）3和Cu（OH）2完全沉淀時的pH分別為3.7．6.4。）
請回答下列問題：
①方案1中的B儀器名稱是            。
②方案2中甲物質是   （填字母序號）。a．CaO   b．CuCO3   c．CaCO3    d．NH3▪H2O
以加入FeSO4為例，用離子方程式解釋反應發(fā)生的原因                                   
                                            。
方案3 ：將3．2g銅絲放到45 mL 1．5mol/L的稀硫酸中，控溫在50℃。加入18mL 10%的H2O2，反應0．5小時后，升溫到60℃，持續(xù)反應1 小時后，過濾．蒸發(fā)結晶．減壓抽濾等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO4·5H2O10．6g。
③上述三種方案中，更符合綠色化學理念的是       ，（填方案1、方案2、方案3）
理由是                     ．                       ．                   。

Answer 1

【知識點】制備實驗方案的設計、性質實驗方案的設計

【答案解析】（1）Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O

或3Cu+8H++2NO3- =3Cu2++2NO↑+4H2O； （2分）

（2）①  防止倒吸   （1分） ②    有害氣體能被完全吸收    （1分）

（3）① 坩堝     （1分）    ②  b    (1分)

 4Fe2+ + O2 + 4 H+  ==  4Fe3+ + 2H2O  (2分)   2Fe3+ + Cu  == 2Fe2+  + Cu2+ （2分）

③  方案3  （1分）方案一需要灼燒，多消耗能源；方案二所得產(chǎn)品含有鐵元素雜質；方案三幾乎不產(chǎn)生有害氣體，且所得產(chǎn)品純度較高。（各1分）

解析：（1）銅和濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮和水，隨著反應的進行，濃硝酸變成稀硝酸，稀硝酸和銅反應生成硝酸銅和一氧化氮、水，反應方程為：Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O或3Cu+8H++2NO3- =3Cu2++2NO↑+4H2O；

(2) 反應中產(chǎn)生的尾氣主要為NO，由于NO與NaOH溶液不反應，故應向氫氧化鈉溶液中通入空氣（氧氣），裝置2中在尾氣吸收裝置之前連接集氣瓶，通入氧氣有利于氮氧化合物的吸收，同時起安全瓶作用，防止倒吸。

（3））①高溫灼燒固體應在坩堝中進行，方案1將銅粉在坩堝中反復灼燒，因此B儀器應為坩堝．
②由于溶液酸性較強，欲使Fe3+沉淀，需加入某種試劑降低c（H+）濃度，但又不能引入新雜質．
a．CaO降低c（H+）濃度，引入鈣離子，故ac錯誤；
b．CuCO3 降低c（H+）濃度，不引入新雜質，過量的CuCO3 可以過濾除去，故b正確；
c．CaCO3 引入鈣離子，故c錯誤；
d．NH3▪H2O會生成氫氧化銅沉淀，故d錯誤．

加入FeSO4為例，用離子方程式解釋反應發(fā)生的原因：4Fe2+ + O2 + 4 H+  ==  4Fe3+ + 2H2O

   2Fe3+ + Cu  == 2Fe2+  + Cu2+
③上述三種方案中，更符合綠色化學理念的是方案三，理由是：方案一需要灼燒，多消耗能源；方案二所得產(chǎn)品含有鐵元素雜質；方案三幾乎不產(chǎn)生有害氣體，且所得產(chǎn)品純度較高。

【思路點撥】本題考查學生對實驗原理的理解、實驗方案的評價、實驗裝置的理解與評價、常用化學用語、物質推斷、實驗條件控制等，難度中等，實驗方案設計，應根據(jù)實驗目的思考實驗原理，根據(jù)實驗原理中反應物的狀態(tài)和反應條件確定試劑和裝置，通過比較和評價優(yōu)選最佳實驗方案。