Question

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)，本實驗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，通過蒸發(fā)、結(jié)晶得到硫酸銅晶體（裝置如圖所示）．
（1）寫出燒瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

Cu+H₂SO₄+2HNO₃=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O
或3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O

．
（2）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：
第一組：以空氣為氧化劑法
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 3～4，產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，過濾、濃縮、結(jié)晶，濾渣作催化劑循環(huán)使用．已知：

沉淀物

Fe（OH）3

Cu（OH）2

Fe（OH）2

開始沉淀pH

2.7

4.8

7.6

完全沉淀pH

3.7

6.4

9.6

請回答下列問題：
①方案1中的B儀器名稱是

坩堝

．
②方案2中甲物質(zhì)是

C

，最后所得晶體中可能含有

F

 （填字母序號）
A、CaO    B、NaOH   C、CuCO₃   D、FeSO₄   E、Fe₂（SO₄）₃  F、FeSO₄?7H₂O
第二組：過氧化氫為氧化劑法
將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)0.5h后，升溫到60℃，持續(xù)反應(yīng)1h后，過濾、蒸發(fā)濃縮、減壓抽濾等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄?5H₂O 10.5g．
請回答下列問題：
③加熱時溫度不宜過高的原因是

防止雙氧水分解

，寫出組裝減壓抽濾裝置的注意點

濾紙不得大于布氏漏斗底且覆蓋所有小孔；橡皮塞插入部分不超過三分之二；布氏漏斗頸口斜面與吸濾瓶支管口相對；安全瓶中導(dǎo)管與吸濾瓶相連短與抽濾泵相連長

．（至少二點）
④本實驗CuSO₄?5H₂O的產(chǎn)率為

84%

．
上述兩種氧化法中，更符合綠色化學(xué)理念的

第二組

（填“第一組”或“第二組”），理由是

第一組方案1需要灼燒，多消耗能源

．

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）①高溫灼燒固體應(yīng)在坩堝中進(jìn)行；
②調(diào)節(jié)溶液的PH時，不能引進(jìn)雜質(zhì)離子，且所加的物質(zhì)可以和酸發(fā)生反應(yīng)即可；向反應(yīng)液中加FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃時，F(xiàn)e₂（SO₄）₃與Cu反應(yīng)生成FeSO₄，結(jié)晶時以FeSO₄?7H₂O形式析出；
③根據(jù)雙氧水加熱易分解的性質(zhì)分析；減壓過濾在操作時濾紙不得大于布氏漏斗底且覆蓋所有小孔；橡皮塞插入部分不超過三分之二；布氏漏斗頸口斜面與吸濾瓶支管口相對；安全瓶中導(dǎo)管與吸濾瓶相連短與抽濾泵相連長；
④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；對比兩種方案時從能量消耗、產(chǎn)品純度、是否產(chǎn)生有害物質(zhì)等分析．

解答：解：（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，反應(yīng)方程為：Cu+H₂SO₄+2HNO₃=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
故答案為：Cu+H₂SO₄+2HNO₃=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
（2）①高溫灼燒固體應(yīng)在坩堝中進(jìn)行，故答案為：坩堝；
②調(diào)節(jié)溶液的PH時，不能引進(jìn)雜質(zhì)離子，且所加的物質(zhì)可以和酸發(fā)生反應(yīng)即可，所以甲物質(zhì)為CuCO₃；向反應(yīng)液中加FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃時，F(xiàn)e₂（SO₄）₃與Cu反應(yīng)生成FeSO₄，結(jié)晶時以FeSO₄?7H₂O形式析出；故答案為：C；F；
③根據(jù)雙氧水加熱易分解的性質(zhì)分析，過氧化氫不穩(wěn)定，溫度過高易分解生成水和氧氣；減壓過濾可加快過濾速度，并能得到較干燥的沉淀，所用儀器為吸濾瓶、安全瓶、抽氣泵，操作時濾紙不得大于布氏漏斗底且覆蓋所有小孔；橡皮塞插入部分不超過三分之二；布氏漏斗頸口斜面與吸濾瓶支管口相對；安全瓶中導(dǎo)管與吸濾瓶相連短與抽濾泵相連長；
故答案為：防止雙氧水分解；濾紙不得大于布氏漏斗底且覆蓋所有小孔；橡皮塞插入部分不超過三分之二；布氏漏斗頸口斜面與吸濾瓶支管口相對；安全瓶中導(dǎo)管與吸濾瓶相連短與抽濾泵相連長；
④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

10.5g

12.5g

×100%=84%；
第一組方案1需要灼燒，所以多消耗能源；第一組方案2所得產(chǎn)品含有鐵元素雜質(zhì)，產(chǎn)品不純；第一組方案1產(chǎn)生有毒氣體氮的氧化物，而第二組方案幾乎不產(chǎn)生有害氣體，且所得產(chǎn)品純度較高；
故答案為：84%； 第一組方案1需要灼燒，多消耗能源；第一組方案2所得產(chǎn)品含有鐵元素雜質(zhì)；而第二組方案幾乎不產(chǎn)生有害氣體，且所得產(chǎn)品純度較高．

點評：本題考查了學(xué)生對實驗原理的理解、實驗方案的評價、實驗裝置的理解與評價、常用化學(xué)用語、物質(zhì)推斷、實驗條件控制等，難度中等，實驗方案設(shè)計，應(yīng)根據(jù)實驗?zāi)康乃伎紝嶒炘�理，根�?jù)實驗原理中反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件確定試劑和裝置，通過比較和評價優(yōu)選最佳實驗方案．