Question

7．硫酸銅是一種用途廣泛的化工原料．某學(xué)習(xí)小組把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I、Ⅱ所示）

（1）燒瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Cu+8HNO₃═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
（2）圖Ⅱ是圖I的改進(jìn)裝置．其優(yōu)點(diǎn)有增加了安全瓶；有利于有毒氣體被完全吸收．
（3）為符合綠色化學(xué)的要求，該學(xué)習(xí)小組進(jìn)行了如下探究：將氧氣直接通入到銅粉與稀硫酸的混合物中，發(fā)現(xiàn)常溫下幾乎不反應(yīng)，但向混合物中加入FeSO₄后再通入氧氣，反應(yīng)則立即發(fā)生．
①試用離子方程式表示反應(yīng)發(fā)生的原理2Cu+4H⁺+O₂$\frac{\underline{\;Fe_{2}+\;}}{\;}$2Cu²⁺+2H₂O；在該反應(yīng)中FeSO₄的作用是催化劑．
②已知pH≥4.4時(shí)Cu²⁺以Cu（OH）₂的形式開(kāi)始沉淀，pH≥6.4時(shí)完全沉淀；Fe（OH）₃完全沉淀時(shí)的pH為3.7，又測(cè)得反應(yīng)完成后溶液呈強(qiáng)酸性．請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)除去所得溶液中雜質(zhì)離子的實(shí)驗(yàn)方案向反應(yīng)后的溶液中加入CuO[或Cu（OH）₂或CuCO₃]，調(diào)節(jié)溶液的pH3.7～4.4，將沉淀濾去．
（4）為尋找更加適宜的氧化劑，該小組又進(jìn)行了如下探究：稱(chēng)量3.2g銅絲放到45mL 1.5mol•L^-1的稀硫酸中，控溫在50℃，加入18mL 10%的H₂O₂，反應(yīng)30min后升溫到60℃，持續(xù)反應(yīng)1小時(shí)后銅絲反應(yīng)完全．蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶，過(guò)濾時(shí)用少量95%的酒精淋洗晾干，得到10g CuSO₄•5H₂O．
①該實(shí)驗(yàn)銅絲被氧化的原理是（用離子方程式襲示）Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O．
②反應(yīng)過(guò)程中溫度不宜過(guò)高的原因是防止雙氧水分解，過(guò)濾時(shí)采用酒精淋洗的優(yōu)點(diǎn)是酒精極易蒸發(fā)帶走水分，加速晶體晾干，減少晶體的溶解；該小組得到硫酸銅晶體的實(shí)際產(chǎn)率是80%．

Answer 1

分析 （1）燒瓶中發(fā)生Cu與稀硝酸的氧化還原反應(yīng)；
（2）圖Ⅱ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)；
（3）①在酸性條件下，銅單質(zhì)能被氧氣氧化為銅離子；
②調(diào)節(jié)溶液的pH3.7～4.4；
（4）①銅在酸性條件能被雙氧水氧化；
②過(guò)氧化氫不穩(wěn)定，溫度過(guò)高易分解生成水和氧氣；酒精極易蒸發(fā)帶走水分；根據(jù)銅原子守恒得銅和五水硫酸銅的關(guān)系，求出CuSO₄•5H₂O 質(zhì)量，然后求出產(chǎn)率．

解答 解：（1）燒瓶中發(fā)生Cu與稀硝酸的氧化還原反應(yīng)，化學(xué)方程式為3Cu+8HNO₃═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，故答案為：3Cu+8HNO₃═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
或Cu+4HNO₃═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
（2）由裝置比較可知，圖Ⅱ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：增加了安全瓶；有利于有毒氣體被完全吸收；
（3）①在酸性條件下，銅單質(zhì)能被氧氣氧化為銅離子，離子方程式：2Cu+4H⁺+O₂$\frac{\underline{\;Fe_{2}+\;}}{\;}$2Cu²⁺+2H₂O，F(xiàn)eSO₄作催化劑，故答案為：2Cu+4H⁺+O₂$\frac{\underline{\;Fe_{2}+\;}}{\;}$2Cu²⁺+2H₂O或4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；催化劑；
②加入CuO[或Cu（OH）₂或CuCO₃]，調(diào)節(jié)溶液的pH3.7～4.4，將沉淀濾去，故答案為：向反應(yīng)后的溶液中加入CuO[或Cu（OH）₂或CuCO₃]，調(diào)節(jié)溶液的pH3.7～4.4，將沉淀濾去；
（4）①銅在酸性條件能被雙氧水氧化，離子方程式Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O，故答案為：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O；
②根據(jù)雙氧水加熱易分解的性質(zhì)分析，過(guò)氧化氫不穩(wěn)定，溫度過(guò)高易分解生成水和氧氣；酒精極易蒸發(fā)帶走水分，加速晶體晾干，減少晶體的溶解；設(shè)3.2g銅生成五水硫酸銅的質(zhì)量為xg，根據(jù)銅原子守恒得銅和五水硫酸銅的關(guān)系式為：
Cu→CuSO₄•5H₂O
64g  250g
3.2g  xg
所以x=12.5
理論上生成CuSO₄•5H₂O 12.5克，故產(chǎn)率為$\frac{10g}{12.5g}$×100%=80%，故答案為：防止雙氧水分解；酒精極易蒸發(fā)帶走水分，加速晶體晾干，減少晶體的溶解；80%．

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．