Question

7．某研究性學(xué)習(xí)小組利用廢銅制取CuSO₄：
（1）甲學(xué)生進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：取含6.4g銅的廢銅和10ml　18ml•L^-1濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，起到反應(yīng)完畢，最后發(fā)現(xiàn)燒瓶中還有銅片剩余．他根據(jù)自己所學(xué)的化學(xué)知識(shí)，認(rèn)為燒瓶中還有較多的硫酸剩余．你認(rèn)為他的判斷是否正確是，其理由是：隨著反應(yīng)的進(jìn)行硫酸濃度變小，稀硫酸不與銅反應(yīng)．寫(xiě)出相關(guān)的化學(xué)方程式：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂+2H₂O．
（2）乙同學(xué)認(rèn)為甲設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案不好，他自己設(shè)計(jì)的思路是：2Cu+O₂═2CuO；CuO+H₂SO₄
═CuSO₄+H₂O．對(duì)比甲的方案，乙同學(xué)的優(yōu)點(diǎn)是：硫酸用量少，且沒(méi)有污染物SO₂產(chǎn)生．
（3）丙同學(xué)采用向含有廢銅屑的熱的稀H₂SO₄中，不斷通入空氣也能制備CuSO₄，請(qǐng)寫(xiě)出相關(guān)的化學(xué)方程式：2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）銅與濃硫酸在加熱條件下反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫氣體和水；由于只有濃硫酸才能和銅反應(yīng)．而隨著反應(yīng)的進(jìn)行硫酸濃度變小，稀硫酸不與銅反應(yīng)，所以有硫酸剩余；
（2）從反應(yīng)的理論可行性，實(shí)際可操作性，經(jīng)濟(jì)廉價(jià)性，環(huán)保安全性等方面進(jìn)行考慮分析，對(duì)比甲乙反應(yīng)過(guò)程分析可知，甲：濃硫酸直接核銅反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生SO₂，污染環(huán)境，且硫酸的用量也多，乙同學(xué)設(shè)計(jì)的制備過(guò)程，生成等量的硫酸銅消耗硫酸最少，反應(yīng)過(guò)程中無(wú)二氧化硫污染氣體生成；
（3）銅和稀硫酸混合在加熱的條件下不斷通入空氣，反應(yīng)生成硫酸銅與水．

解答 解：（1）在加熱條件下，銅與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫氣體和水，反應(yīng)方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，銅在金屬活動(dòng)順序表中排在氫的后面，不與稀硫酸反應(yīng)，由于只有濃硫酸才能和銅反應(yīng)．而隨著反應(yīng)的進(jìn)行硫酸濃度變小，稀硫酸不與銅反應(yīng)，所以燒瓶中還有較多的硫酸剩余，
故答案為：是；隨著反應(yīng)的進(jìn)行硫酸濃度變小，稀硫酸不與銅反應(yīng)；Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）對(duì)比兩種設(shè)計(jì)方案：甲：Cu+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂↑+CuSO₄+2H₂O，
乙：2Cu+O₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，可以看出制取等量的硫酸銅，乙方案消耗的硫酸少，并且產(chǎn)物中沒(méi)有有毒氣體，
故答案為：硫酸用量少，且沒(méi)有污染物SO₂產(chǎn)生；
（3）銅和稀硫酸混合在加熱的條件下不斷通入空氣，反應(yīng)生成硫酸銅與水，方程式為2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O．
故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)利用廢銅制取CuSO₄考查濃硫酸的化學(xué)性質(zhì)和綠色化學(xué)，側(cè)重考查硫酸銅制備的方案評(píng)價(jià)，注意實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)應(yīng)理論正確、操作簡(jiǎn)單可行、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、綠色環(huán)保，題目難度中等．