Question

硫酸銅是一種應(yīng)用廣泛的化工原料．實(shí)驗(yàn)室中可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(yīng)完全，通過(guò)蒸發(fā)、結(jié)晶得到硫酸銅晶體（裝置如圖1所示）．

（1）配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的硫酸需要100mL 98%的濃硫酸（密度為1.84g/cm³）和______mL蒸餾水．配制所需儀器除燒杯、量筒、膠頭滴管外，還需要的儀器有______．
（2）圖1中燒瓶中發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為_(kāi)_____．
（3）圖2是圖1的改進(jìn)裝置，其優(yōu)點(diǎn)有：①______；②______．
為符合綠色化學(xué)的要求，某研究性學(xué)習(xí)小組進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：
方案1：以空氣為氧化劑．將銅粉在某儀器A中反復(fù)灼燒，使銅與空氣充分反應(yīng)生成氧化銅，再將氧化銅與稀硫酸反應(yīng)．反應(yīng)后，過(guò)濾、蒸發(fā)、結(jié)晶等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄?5H₂O晶體．
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(yīng)．向反應(yīng)液中加Fe₂（SO₄）₃，即發(fā)生反應(yīng)．反應(yīng)完全后向其中先后加入物質(zhì)甲、物質(zhì)乙，取樣檢驗(yàn)后，過(guò)濾、蒸發(fā)、結(jié)晶，濾渣可循環(huán)使用．[已知Fe（OH）₂、Fe（OH）₃和Cu（OH）₂完全沉淀時(shí)的pH分別為9.6、3.7和6.4．]
（4）方案l中的A僅器名稱(chēng)是______．晶體采用酒精淋洗的優(yōu)點(diǎn)是______．
（5）方案2中物質(zhì)甲可以是______（選填答案編號(hào)，下同），物質(zhì)乙可以是______．
a．Cu　　b．CuCO₃　　c．CuO　　d．氨水　　e．氯水　　f．雙氧水
取樣檢驗(yàn)是為了確認(rèn)Fe³⁺是否除凈．有同學(xué)設(shè)計(jì)了以下兩種方法：
方法①：取樣于試管→滴加KSCN溶液；方法②：徑向?qū)游觥鷩奒SCN溶液
指出你認(rèn)為不合理的方法及存在的問(wèn)題______．
（6）用銅粉制硫酸銅，上述方案1、方案2都不是十分理想，一種更符合綠色化學(xué)理念的是在氧氣存在時(shí)用熱稀硫酸與銅粉反應(yīng)，其化學(xué)方程式是______．

Answer 1

解：（1）配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的硫酸需要100mL 98%的濃硫酸（密度為1.84g/cm³），設(shè)需要水xmL，
由配制溶液前后溶質(zhì)的質(zhì)量不變，則×100%=20%，解得x=717.6，濃硫酸稀釋放出大量的熱，應(yīng)利用玻璃棒不斷攪拌，
故答案為：717.6；玻璃棒；
（2）燒瓶中發(fā)生Cu與稀硝酸的氧化還原反應(yīng)，離子反應(yīng)為3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）由裝置比較可知，裝置2中多出的裝置能①溶液不導(dǎo)管不直接接觸，防止倒吸，②NO與氧氣及堿反應(yīng)，使有害氣體能被完全吸收，故答案為：防止倒吸；有害氣體能被完全吸收；
（4）由銅粉在某儀器A中反復(fù)灼燒，使銅與空氣充分反應(yīng)生成氧化銅，則A為坩堝，酒精與水互溶，除去晶體中的水并減少晶體溶解，則晶體采用酒精淋洗的優(yōu)點(diǎn)是酒精與水互溶且極易揮發(fā)，減少晶體溶解，
故答案為：坩堝；酒精與水互溶且極易揮發(fā)，減少晶體溶解；
（5）由方案可知，Cu與Fe₂（SO₄）₃反應(yīng)，應(yīng)除去亞鐵離子，則加入f將亞鐵離子氧化為鐵離子，再利用bc促進(jìn)鐵離子水解轉(zhuǎn)化為沉淀而除去，確認(rèn)Fe³⁺是否除凈的方法①中Cu²⁺的藍(lán)色對(duì)檢驗(yàn)有干擾，故答案為：f；bc；方法①中Cu²⁺的藍(lán)色對(duì)檢驗(yàn)有干擾；
（6）在氧氣存在時(shí)用熱稀硫酸與銅粉反應(yīng)生成硫酸銅，該化學(xué)反應(yīng)為2Cu+O₂+2H₂SO₄2CuSO₄+2H₂O，故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄2CuSO₄+2H₂O．
分析：（1）根據(jù)配制溶液前后溶質(zhì)的質(zhì)量不變計(jì)算，濃硫酸配制稀硫酸注意利用玻璃棒不斷攪拌；
（2）燒瓶中發(fā)生Cu與稀硝酸的氧化還原反應(yīng)；
（3）圖2中中間的裝置可防止倒吸，并發(fā)生氮的氧化物與水的反應(yīng)；
（4）由銅粉在某儀器A中反復(fù)灼燒，使銅與空氣充分反應(yīng)生成氧化銅分析；酒精與水互溶，除去晶體中的水并減少晶體溶解；
（5）加入的甲為氧化劑，能氧化亞鐵離子；物質(zhì)乙起調(diào)節(jié)pH的作用并除雜；確認(rèn)Fe³⁺是否除凈應(yīng)注意銅離子的顏色造成的干擾；
（6）在氧氣存在時(shí)用熱稀硫酸與銅粉反應(yīng)生成硫酸銅，以此書(shū)寫(xiě)化學(xué)反應(yīng)方程式．
點(diǎn)評(píng)：本題考查硫酸銅制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，明確裝置的作用及發(fā)生的氧化還原反應(yīng)是解答本題的關(guān)鍵，注意除雜的方法及物質(zhì)的成分、性質(zhì)的差異、鹽類(lèi)水解的知識(shí)來(lái)解答，綜合性較強(qiáng)，題目難度較大．