Question

4．氧化銅是一種黑色粉末，可作玻璃和瓷器著色劑、油類的脫硫劑、有機(jī)合成的催化劑．為獲得純凈的氧化銅以探究其性質(zhì)，某化學(xué)興趣小組利用廢舊印刷電路板獲得氧化銅，實(shí)現(xiàn)資源再生，并減少污染．
（1）獲得硫酸銅：該小組同學(xué)利用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液可溶出印刷電路板金屬粉末中的銅，從而獲得硫酸銅，寫出該反應(yīng)的離子方程式：Cu+2H⁺+H₂O₂═Cu²⁺+2H₂O．
（2）制備氧化銅：
粗CuSO₄溶液（含有硫酸鐵雜質(zhì)）$\stackrel{步驟Ⅰ}{→}$純CuSO₄溶液$\stackrel{步驟Ⅱ}{→}$CuSO₄•5H₂O→…→CuO
已知：pH≥6.4時(shí)Cu（OH）₂沉淀完全，而在pH=3～4時(shí)Fe（OH）₃即能完全沉淀．
①步驟Ⅰ的目的是除去硫酸鐵，可慢慢加入下列某些物質(zhì)，攪拌，以控制溶液pH=3.5．加熱煮沸一段時(shí)間，過濾，用稀硫酸酸化濾液至PH=1．下列物質(zhì)有利于控制溶液PH=3.5的是AC．
A．Cu₂（OH）₂CO₃粉末  B．Fe₂O₃粉末
C．Cu（OH）₂固體  D．NaOH固體
②步驟Ⅱ的目的是得到CuSO₄•5H₂O固體，操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、水浴加熱烘干．水浴加熱的特點(diǎn)是受熱更均勻，溫度不會超過100℃．
（3）探究氧化銅的性質(zhì)
探究氧化銅是否能加快氯酸鉀的分解，并與二氧化錳的催化效果進(jìn)行比較．用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)均以收集25mL氣體為準(zhǔn)，其他可能影響實(shí)驗(yàn)的因素均已忽略，相關(guān)數(shù)據(jù)見表：

實(shí)驗(yàn)序號	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
KClO3質(zhì)量	1.2g	1.2g	1.2g
其他物質(zhì)質(zhì)量	無其他物質(zhì)	CuO 0.5g	MnO2 0.5g
待測數(shù)據(jù)

①上述實(shí)驗(yàn)中的“待測數(shù)據(jù)”指產(chǎn)生25mL氣體所需時(shí)間．
②如何檢查該裝置的氣密性：上下移動量氣管，使量氣管液出現(xiàn)高度差，一段時(shí)間后量氣管中的液面差不變，則裝置不漏氣．
③為探究CuO在實(shí)驗(yàn)Ⅱ中是否起催化作用，需補(bǔ)做如下實(shí)驗(yàn)（無需寫出具體操作）：
a．檢測CuO反應(yīng)前后質(zhì)量是否改變，b．CuO的化學(xué)性質(zhì)有沒有改變．

Answer 1

分析 （1）用H₂O₂和稀H₂SO₄的混合溶液可溶出印刷電路板金屬粉末中的銅，反應(yīng)物為Cu、H₂SO₄、H₂O₂，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銅和水；
（2）①粗CuSO₄溶液（含有硫酸鐵雜質(zhì)），步驟Ⅰ通過調(diào)節(jié)溶液PH=3.5，除去硫酸鐵（三價(jià)鐵離子），所加試劑能與氫離子反應(yīng)使鐵離子水解平衡正向移動且不引入新的雜質(zhì)；
②對CuSO₄溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，得到CuSO₄•5H₂O固體；水浴加熱使受熱更均勻，溫度不會超過100℃；
（3）①實(shí)驗(yàn)的目的是：證明氧化銅能加快氯酸鉀的分解并與二氧化錳的催化效果進(jìn)行比較，上述實(shí)驗(yàn)中已有數(shù)據(jù)KClO₃質(zhì)量和其它物質(zhì)質(zhì)量，要比較催化效果就是看使用氧化銅與二氧化錳哪一種產(chǎn)生相同體積氣體時(shí)所需時(shí)間短，或在相同時(shí)間內(nèi)，哪一種物質(zhì)產(chǎn)生的氣體多；
②圖中裝置有量氣管，根據(jù)連通器原理檢查氣密性；
③催化劑的特點(diǎn)是：能改變其他物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒有發(fā)生改變．

解答 解：（1）用H₂O₂和稀H₂SO₄的混合溶液可溶出印刷電路板金屬粉末中的銅，反應(yīng)物為Cu、H₂SO₄、H₂O₂，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銅和水，反應(yīng)為Cu+H₂SO₄+H₂O₂-CuSO₄+H₂O，化合價(jià)變化為：Cu（0→+2）、H₂O₂中O（-1→0），所以最小公倍數(shù)為2，根據(jù)原子守恒，方程式為：Cu+H₂SO₄+H₂O₂═CuSO₄+2H₂O，離子方程式為：Cu+2H⁺+H₂O₂═Cu²⁺+2H₂O，
故答案為：Cu+2H⁺+H₂O₂═Cu²⁺+2H₂O；
（2）①粗CuSO₄溶液（含有硫酸鐵雜質(zhì)），步驟Ⅰ通過調(diào)節(jié)溶液PH=3.5，除去硫酸鐵（三價(jià)鐵離子），Cu₂（OH）₂CO₃與Cu（OH）₂固體粉末都能與氫離子反應(yīng)使鐵離子水解平衡正向移動，使Fe³⁺水解全部轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，F(xiàn)e₂O₃粉末與氫離子反應(yīng)仍生成三價(jià)鐵離子，NaOH固體會將銅離子也沉淀下來，
故答案為：AC；
②對CuSO₄溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，得到CuSO₄•5H₂O固體；水浴加熱使受熱更均勻，溫度不會超過100℃，可以防止硫酸銅晶體失去結(jié)晶水，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；受熱更均勻，溫度不會超過100℃；
（3）①本題三次實(shí)驗(yàn)，提供的KClO₃質(zhì)量均為1.2g，實(shí)驗(yàn)Ⅰ的作用為：在不加催化劑的條件下產(chǎn)生氧氣的速度與Ⅱ加CuO0.5g以及和Ⅲ加MnO₂0.5g的效果作對照．Ⅱ、Ⅲ加等質(zhì)量不同的催化劑比較催化效果，比較催化效果方法一：看產(chǎn)生相同體積氣體哪組所需時(shí)間短，方法二相同時(shí)間內(nèi)，哪一組產(chǎn)生的氣體多，該題題干要求：實(shí)驗(yàn)時(shí)均以生成25mL氣體為準(zhǔn)，所以上述實(shí)驗(yàn)中的“待測數(shù)據(jù)”指產(chǎn)生25mL氣體所需時(shí)間，
故答案為：產(chǎn)生25mL氣體所需時(shí)間；
②圖中裝置有量氣管，檢查氣密性時(shí)可上下移動量氣管，使量氣管液出現(xiàn)高度差，一段時(shí)間后量氣管中的液面差不變，則裝置不漏氣，
故答案為：上下移動量氣管，使量氣管液出現(xiàn)高度差，一段時(shí)間后量氣管中的液面差不變，則裝置不漏氣，
③探究CuO在實(shí)驗(yàn)Ⅱ中是否起催化作用，根據(jù)催化劑的性質(zhì)，從它的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)角度探究，故答案為：檢測CuO反應(yīng)前后質(zhì)量是否改變．

點(diǎn)評 本題考查銅及其化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，綜合性較強(qiáng)，需要扎實(shí)的基礎(chǔ)知識和較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)探究能力，難度中等．