Question

5．硫酸銅是一種應(yīng)用極其廣泛的化工原料．銅不能與稀硫酸直接反應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)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(yīng)完全，通過(guò)蒸發(fā)、結(jié)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(yīng)方程式為：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
（2）圖2是圖1的改進(jìn)裝置，其優(yōu)點(diǎn)有：①可防止倒吸；②NO、NO₂有毒氣體能被完全吸收．
（3）為符合綠色化學(xué)的要求，某研究性學(xué)習(xí)小組進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：
方案1：以空氣為氧化劑．將銅粉在儀器B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)．
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FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃，即發(fā)生反應(yīng)．反應(yīng)完全后向其中加物質(zhì)甲調(diào)節(jié)pH到3～4，產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾．蒸發(fā)．結(jié)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(shí)的pH分別為3.7.6.4．）
請(qǐng)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(zhì)是b（填字母序號(hào)）．
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(yīng)發(fā)生的原因4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O、2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺．
方案3：將3.2g銅絲放到45mL 1.5mol/L的稀硫酸中，控溫在50℃．加入18mL 10%的H₂O₂，反應(yīng)0.5小時(shí)后，升溫到60℃，持續(xù)反應(yīng)1小時(shí)后，過(guò)濾．蒸發(fā)結(jié)晶．減壓抽濾等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄•5H₂O 10.6g．
③上述三種方案中，更符合綠色化學(xué)理念的是方案3（填方案1、方案2、方案3），理由是方案1要灼燒，消耗能源多．方案2得到的產(chǎn)品中含有鐵元素雜質(zhì)．方案3幾乎不產(chǎn)生有害氣體，且得到的產(chǎn)品純度高．

Answer 1

分析 （1）銅和濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮和水，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃硝酸變成稀硝酸，稀硝酸和銅反應(yīng)生成硝酸銅和一氧化氮、水．
（2）根據(jù)一氧化氮的性質(zhì)及尾氣處理裝置分析；
（3）①方案1中，將銅在坩堝中灼燒生成氧化銅，氧化銅與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅；
②方案2中，銅與硫酸鐵反應(yīng)生成硫酸銅、硫酸亞鐵，通入氧氣，將亞鐵離子氧化成硫酸鐵，然后為保證不引入雜質(zhì)，可加入氧化銅、碳酸銅等調(diào)節(jié)pH值除去鐵離子，過(guò)濾、蒸發(fā)、結(jié)晶得到硫酸銅晶體；
③根據(jù)綠色化學(xué)理念：耗能少，無(wú)污染，原料利用率高，產(chǎn)品純度高等判斷．

解答 解：（1）將適量濃硝酸分多次加入到銅粉與稀硫酸的混合物中，銅粉與稀硫酸不反應(yīng)，銅與濃硝酸反應(yīng)，Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃硝酸變成稀硝酸，稀硝酸和銅反應(yīng)生成硝酸銅和一氧化氮、水，3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）改進(jìn)前，二氧化氮和水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮有毒且和水不反應(yīng)，所以NO、NO₂有毒氣體不能被完全吸收，且二氧化氮和氫氧化鈉反應(yīng)后，導(dǎo)管內(nèi)壓強(qiáng)減小，易產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象；改進(jìn)后，通入氧氣，氧氣、一氧化氮、二氧化氮、水反應(yīng)完全生成硝酸被氫氧化鈉吸收；且中間儲(chǔ)氣瓶有緩沖作用，防止倒吸．
故答案為：可防止倒吸；NO、NO₂有毒氣體能被完全吸收；
（3）①加熱固體應(yīng)在坩堝中進(jìn)行，
故答案為：坩堝；
②銅與硫酸鐵反應(yīng)生成硫酸銅、硫酸亞鐵，通入氧氣，將亞鐵離子氧化成硫酸鐵，為保證不引入雜質(zhì)，可以加入氧化銅、碳酸銅等調(diào)節(jié)pH值可除去鐵離子，過(guò)濾、蒸發(fā)、結(jié)晶得到硫酸銅晶體，涉及的反應(yīng)的離子方程式為 4Fe²⁺+O₂+4 H⁺═4Fe³⁺+2H₂O、2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案為：b；4Fe²⁺+O₂+4 H⁺═4Fe³⁺+2H₂O、2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
③上述三種方案中，方案1要灼燒，消耗能源多，方案2得到的產(chǎn)品中含有鐵元素雜質(zhì)，方案3幾乎不產(chǎn)生有害氣體，且得到的產(chǎn)品純度高，故方案3更符合綠色化學(xué)理念，
故答案為：方案3；方案1要灼燒，消耗能源多，方案2得到的產(chǎn)品中含有鐵元素雜質(zhì)，方案3幾乎不產(chǎn)生有害氣體，且得到的產(chǎn)品純度高．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)，意在考查對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的運(yùn)用能力．實(shí)驗(yàn)是高考中的重點(diǎn)內(nèi)容，題型以選擇題和填空題為主，考查的內(nèi)容常以典型的實(shí)驗(yàn)基本操作及正誤判斷等為主．