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（裝置如圖所示）．
（1）寫出燒瓶中發(fā)生反應的化學方程式為：

Cu+H₂SO₄+2HNO₃=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O
或3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O

．
（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：
第一組：以空氣為氧化劑法
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 3～4，產生Fe（OH）₃沉淀，過濾、濃縮、結晶，濾渣作催化劑循環(huán)使用．已知：

沉淀物

Fe（OH）3

Cu（OH）2

Fe（OH）2

開始沉淀pH

2.7

4.8

7.6

完全沉淀pH

3.7

6.4

9.6

請回答下列問題：
①方案1中的B儀器名稱是

坩堝

．
②方案2中甲物質是

C

，最后所得晶體中可能含有

F

 （填字母序號）
A、CaO    B、NaOH   C、CuCO₃   D、FeSO₄   E、Fe₂（SO₄）₃  F、FeSO₄?7H₂O
第二組：過氧化氫為氧化劑法
將3.2g銅絲放到45mL 1.5mol?L^-1的稀硫酸中，控溫在50℃．加入18mL 10%的H₂O₂，反應0.5h后，升溫到60℃，持續(xù)反應1h后，過濾、蒸發(fā)濃縮、減壓抽濾等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄?5H₂O 10.5g．
請回答下列問題：
③加熱時溫度不宜過高的原因是

防止雙氧水分解

，寫出組裝減壓抽濾裝置的注意點

濾紙不得大于布氏漏斗底且覆蓋所有小孔；橡皮塞插入部分不超過三分之二；布氏漏斗頸口斜面與吸濾瓶支管口相對；安全瓶中導管與吸濾瓶相連短與抽濾泵相連長

．（至少二點）
④本實驗CuSO₄?5H₂O的產率為

84%

．
上述兩種氧化法中，更符合綠色化學理念的

第二組

（填“第一組”或“第二組”），理由是

第一組方案1需要灼燒，多消耗能源

．

Answer 1

分析：（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．
（2）①高溫灼燒固體應在坩堝中進行；
②調節(jié)溶液的PH時，不能引進雜質離子，且所加的物質可以和酸發(fā)生反應即可；向反應液中加FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃時，Fe₂（SO₄）₃與Cu反應生成FeSO₄，結晶時以FeSO₄?7H₂O形式析出；
③根據雙氧水加熱易分解的性質分析；減壓過濾在操作時濾紙不得大于布氏漏斗底且覆蓋所有小孔；橡皮塞插入部分不超過三分之二；布氏漏斗頸口斜面與吸濾瓶支管口相對；安全瓶中導管與吸濾瓶相連短與抽濾泵相連長；
④根據銅原子守恒得銅和五水硫酸銅的關系，求出CuSO₄?5H₂O 質量，然后求出產率；對比兩種方案時從能量消耗、產品純度、是否產生有害物質等分析．

解答：解：（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+H₂SO₄+2HNO₃=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
故答案為：Cu+H₂SO₄+2HNO₃=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
（2）①高溫灼燒固體應在坩堝中進行，故答案為：坩堝；
②調節(jié)溶液的PH時，不能引進雜質離子，且所加的物質可以和酸發(fā)生反應即可，所以甲物質為CuCO₃；向反應液中加FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃時，Fe₂（SO₄）₃與Cu反應生成FeSO₄，結晶時以FeSO₄?7H₂O形式析出；故答案為：C；F；
③根據雙氧水加熱易分解的性質分析，過氧化氫不穩(wěn)定，溫度過高易分解生成水和氧氣；減壓過濾可加快過濾速度，并能得到較干燥的沉淀，所用儀器為吸濾瓶、安全瓶、抽氣泵，操作時濾紙不得大于布氏漏斗底且覆蓋所有小孔；橡皮塞插入部分不超過三分之二；布氏漏斗頸口斜面與吸濾瓶支管口相對；安全瓶中導管與吸濾瓶相連短與抽濾泵相連長；
故答案為：防止雙氧水分解；濾紙不得大于布氏漏斗底且覆蓋所有小孔；橡皮塞插入部分不超過三分之二；布氏漏斗頸口斜面與吸濾瓶支管口相對；安全瓶中導管與吸濾瓶相連短與抽濾泵相連長；
④設3.2g銅生成五水硫酸銅的質量為xg，根據銅原子守恒得銅和五水硫酸銅的關系式為：
Cu→CuSO₄?5H₂O 
64g     250g
3.2g     xg
所以x=12.5
理論上生成CuSO₄?5H₂O 12.5克，故產率為

10.5g

12.5g

×100%=84%；
第一組方案1需要灼燒，所以多消耗能源；第一組方案2所得產品含有鐵元素雜質，產品不純；第一組方案1產生有毒氣體氮的氧化物，而第二組方案幾乎不產生有害氣體，且所得產品純度較高；
故答案為：84%； 第一組方案1需要灼燒，多消耗能源；第一組方案2所得產品含有鐵元素雜質；而第二組方案幾乎不產生有害氣體，且所得產品純度較高．

點評：本題考查了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．