Question

實驗室用銅制備CuSO₄溶液有多種方案，某實驗小組給出了以下三種方案：

請回答有關(guān)問題：
（1）甲方案：
①寫出該反應(yīng)的離子方程式

 

；
②為了節(jié)約原料，硫酸和硝酸的物質(zhì)的量之比最佳為，n（H₂SO₄）：n（HNO₃）=

 

．
（2）乙方案：將6.4g銅絲放到90mL 1.5mol?L^-1的稀硫酸中，控溫在50℃．加入40mL 10%的H₂O₂，反應(yīng)0.5小時，升溫到60℃，持續(xù)反應(yīng)1小時后，經(jīng)一系列操作，得CuSO₄?5H₂O 20.0g
【已知有關(guān)摩爾質(zhì)量：M（Cu）=64g/mol，M（CuSO₄?5H₂O）=250g/mol】．
①反應(yīng)時溫度控制在50℃～60℃，不宜過高的原因是

 

；
②本實驗CuSO₄?5H₂O的產(chǎn)率為

 

．
（3）丙方案：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)液中加少量FeSO₄，即發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸銅．反應(yīng)完全后，加物質(zhì)A調(diào)節(jié)pH至4，然后過濾、濃縮、結(jié)晶．
①物質(zhì)A可選用以下的

 

（填序號）；
A．CaO      B．NaOH     C．CuCO₃     D．Cu₂（OH）₂CO₃     E．Fe₂（SO₄）₃
②反應(yīng)中加入少量FeSO₄可加速銅的氧化，F(xiàn)eSO₄的作用是

 

；
（4）對比甲、乙、丙三種實驗方案，丙方案的優(yōu)點有（寫兩條）：

 

、

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,銅金屬及其重要化合物的主要性質(zhì)

專題：實驗題

分析：（1）①Cu與稀硫酸、稀硝酸混合，Cu被氫離子和硝酸根離子氧化為 銅離子；
②當(dāng)硝酸根離子恰好反應(yīng)時硫酸和硝酸的物質(zhì)的量之比最佳，根據(jù)離子方程式計算；
（2）①雙氧水不穩(wěn)定，受熱易分解；
②假設(shè)Cu完全轉(zhuǎn)化為硫酸銅，根據(jù)Cu原子守恒計算生成的硫酸銅晶體的質(zhì)量，用實際生成的硫酸銅的質(zhì)量比理論值即是CuSO₄?5H₂O的產(chǎn)率；
（3）①調(diào)節(jié)pH時不能引入新的雜質(zhì)；
②加入少量FeSO₄可加速銅的氧化，F(xiàn)eSO₄不參與反應(yīng)，作催化劑；
（4）通過原料的利用率和副產(chǎn)物對環(huán)境的影響分析．

解答： 解：（1）①Cu與稀硫酸、稀硝酸混合，Cu被氫離子和硝酸根離子氧化為銅離子，其反應(yīng)的離子方程式為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
②當(dāng)硝酸根離子恰好反應(yīng)時硫酸和硝酸的物質(zhì)的量之比最佳，由離子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O 可知，反應(yīng)中消耗2molNO₃^-，需要8molH⁺，硝酸電離2mol，另外6mol氫離子由硫酸提供，則硫酸為3mol，所以硫酸和硝酸的物質(zhì)的量之比為3：2，故答案為：3：2；
（2）①雙氧水不穩(wěn)定，受熱易分解，所以反應(yīng)時溫度控制在50℃～60℃，不宜過高，防止雙氧水分解造成損耗，
故答案為：雙氧水受熱易分解造成損耗；
②6.4g銅絲即0.1mol，放到90mL 1.5mol?L^-1的稀硫酸中，控溫在50℃．加入40mL 10%的H₂O₂，反應(yīng)0.5小時，升溫到60℃，持續(xù)反應(yīng)1小時后，經(jīng)一系列操作，假設(shè)Cu完全轉(zhuǎn)化為硫酸銅，則得CuSO₄?5H₂O為0.1mol，即m（CuSO₄?5H₂O）=nM=0.1mol×250g/mol=25.0g，
已知實際上CuSO₄?5H₂O為 20.0g，則產(chǎn)率為

20.0g

25.0g

×100%=80%；
故答案為：80%；
（3）①調(diào)節(jié)pH時不能引入新的雜質(zhì)，用NaOH、CaO調(diào)節(jié)pH會引入鈉離子、鈣離子，F(xiàn)e₂（SO₄）₃不能增大溶液的pH，所以選用CuCO₃ 或Cu₂（OH）₂CO₃；
故答案為：CD；
②加入少量FeSO₄可加速銅的氧化，F(xiàn)eSO₄不參與反應(yīng)，所以在制備過程中FeSO₄作催化劑；故答案為：作催化劑；
（4）甲方案中會生成NO，會污染環(huán)境；乙方案需要加熱，消耗雙氧水，Cu不能完全轉(zhuǎn)化；丙方案對環(huán)境無污染，原料利用率高，故答案：無污染；原料利用率高．

點評：本題考查了物質(zhì)制備方案設(shè)計和評價，側(cè)重于考查學(xué)生的實驗探究能力和數(shù)據(jù)處理能力，注意把握Cu與硝酸、硫酸反應(yīng)的離子方程式，題目難度中等．