Question

2．實驗室用銅制取硫酸銅，將適量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．
（1）此過程的離子反應方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，為了吸收該反應中產生的尾氣，請選擇下列中合適的裝置B．
（2）為符合綠色化學的要求，某研究性學習小組進行如下設計：以空氣為氧化劑法
方案1：以空氣為氧化劑．將銅粉在儀器Z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)現在常溫下幾乎不反應．向反應液中加少量FeSO₄，即發(fā)生反應，生成硫酸銅．反應完全后，加M調節(jié)pH，鐵元素全部沉淀（一般認為鐵離子的濃度下降到10^-5 mol•L^-1，就認為沉淀完全）然后過濾、濃縮、結晶．
已知：K_sp[Cu（（OH）₂]≈10^-22，K_sp[Fe（（OH）₂]≈10^-16，K_sp[Fe（（OH）₃]≈10^-38
請回答下列問題：
如開始加入的銅粉為3.2g，最后所得溶液為500mL溶液中含有鐵元素0.005mol．
①方案1中的Z儀器名稱是坩堝．
②為了使鐵元素全部沉淀，應調節(jié)pH至少為3．
③方案2中M物質可選用的是CD．
A．CaO    B．NaOH      C．CuCO₃ D．CuO     E．Fe₂（SO₄）₃
④反應中加入少量FeSO₄可加速銅的氧化，用離子方程式解釋其原因4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺．
（3）實驗室利用惰性電極電解硫酸銅溶液，電解反應化學方程式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2 Cu+O₂ ↑+2H₂SO₄，
欲使電解液恢復到起始狀態(tài)，應向溶液中加入適量的CE．
A．CuSO₄ B．H₂O       C．CuO      D．CuSO₄•5H₂O    E．CuCO₃．

Answer 1

分析 （1）將適量稀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，稀硝酸和銅反應生成硝酸銅和一氧化氮、水；尾氣只要是一氧化氮、二氧化氮，需要和氧氣混合通入堿溶液中完全吸收；
（2）①固體灼燒應在坩堝內；
②依據Ksp和一般認為鐵離子的濃度下降到10^-5mol•L^-1，就認為沉淀完全，計算溶液PH；
③調節(jié)溶液PH和溶液中氫離子反應，提高溶液PH，但不能引入新的雜質；
④亞鐵離子在空氣中易被氧化為鐵離子，銅能溶解于含鐵離子的溶液中；
（3）用惰性電極電解CuSO₄溶液，陰極銅離子放電，陽極氫氧根離子放電，然后根據析出的物質向溶液中加入它們形成的化合物即可．

解答 解：（1）將適量稀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，稀硝酸和銅反應生成硝酸銅和一氧化氮、水，反應的離子方程為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，吸收該反應中產生的尾氣氮的氧化物需要通入氧氣混合后通入氫氧化鈉溶液被完全吸收；
A、一氧化氮不能被氫氧化鈉吸收，故A錯誤；
B、空氣和一氧化氮通入氫氧化鈉溶液可以被吸收，故B正確；
C、空氣未通入氫氧化鈉溶液，一氧化氮不能在溶液中和氧氣反應被氫氧化鈉吸收，故C錯誤；
D、氣體都未通入氫氧化鈉溶液中，不能被吸收，故D錯誤，故選B，
故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；B；
（2）①固體在空氣中灼燒需要高溫應在坩堝內完成，
故答案為：坩堝；
②K_sp[Fe（（OH）₃]≈10^-38 ，依據沉淀溶解平衡可知，c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=10^-38，一般認為鐵離子的濃度下降到10^-5mol•L^-1，c（OH^-）=10^-11mol/L，c（H⁺）=10^-3mol/L，pH=3，
故答案為：3；
②除雜的原則，保證不引入雜質，加入氧化銅或堿式碳酸銅都能能和酸反應提高溶液PH，但不引進新的雜質，加入CaO、NaOH、Fe₂（SO₄）₃會引入新的雜質離子，得不到純凈的硫酸銅晶體，
故答案為：CD；
③反應中加入少量FeSO₄可加速銅的氧化，亞鐵離子酸性溶液中被空氣中的氧氣氧化為鐵離子，鐵離子溶解銅生成硫酸鐵和硫酸銅，反應的兩種方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O； 2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（3）用惰性電極電解CuSO₄溶液，陰極是OH^-離子放電生成氧氣，陽極Cu²⁺離子放電生成Cu，溶液變成硫酸溶液，電解硫酸銅的方程式為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2 Cu+O₂ ↑+2H₂SO₄，所以從溶液中析出的物質是氧氣和銅，根據元素守恒，向溶液中加入氧化銅或CuCO₃即可恢復到起始狀態(tài)，故選CE，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2 Cu+O₂ ↑+2H₂SO₄；CE．

點評 本題考查了性質實驗方案的設計，題目難度中等，涉及實驗方案的評價、實驗裝置的理解與評價、物質的分離與提純等知識，注意實驗方案設計，應根據實驗目的思考實驗原理，根據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．