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12.硫酸铜在纺织、印刷等行业有广泛用途.
(1)工业上可用铜屑、空气与稀硫酸在80℃条件下制备硫酸铜.
①如图1是实验室模拟工业制备硫酸铜的装置.反应的化学方程式为2Cu+O2+2H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO4+2H2O,采用水浴加热的优点是温度易控,受热均匀,多孔球泡的作用为增大气体与溶液的接触面积,使反应充分进行.

②工业生产时可用纯氧代替空气.这一措施能加快反应速率外,还具有的优点是排除其他气体的干扰.
③实验室用H2O2溶液和MnO2制备O2,反应的化学方程式为2H2O2$\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2H2O+O2↑,在图2中,应选用的发生装置为A(填序号,下同),收集装置为D.
(2)以CuSO4为原料制备碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]的过程如图3:

①“沉淀”时的反应为:2CuSO4+2Na2CO3+H2O=Cu2(OH)2CO3↓+2Na2SO4+CO2
②检验沉淀是否洗涤干净选用的试剂是HNO3和BaCl2溶液(填化学式),烘干时产品中出现少量黑色物质,可能的原因为碱式碳酸铜受热分解为氧化铜.
③若所得产品的产率(产率=$\frac{产品的实际质量}{产品的理论质量}$×100%)偏高,其可能的原因为cd(填序号)
a.反应物为完全沉淀        b.过滤时滤纸破损
c.Cu2(OH)2CO3未洗涤干净 d.Cu2(OH)2CO3为完全烘干
④“沉淀”时若有少量5Cu(OH)2•2CuCO3生成,则产品中铜元素的质量分数偏大(填“偏大”“不变”或“偏小”)
(3)T℃时加热32.0g硫酸铜,一段时间后得到15.2gCuO和Cu2O的混合物,计算该混合物中CuO的质量(写出计算过程)

分析 (1)①根据铜、氧气和硫酸在加热的条件下反应生成硫酸铜和水进行分析.根据水浴加热受热均匀,便于控制加热温度;图中多孔球泡的作用是:增大气体与溶液的接触面积,使反应充分进行解答;
②根据工业生产时可用纯氧代替空气.这一措施能加快反应速率外,还具有的优点是排除其他气体的干扰解答;
③实验室制取气体应依据反应物的状态和反应条件确定发生装置,依据气体的密度和溶解性确定收集装置;
(2)①据反应前后原子种类和个数不变等知识分析解答;
②故检验沉淀是否洗涤干净,可检验硫酸铬离子的存在,应选用试剂是 HNO3和氯化钡溶液;
③若所得产品的产率(产率=$\frac{产品的实际质量}{产品的理论质量}$×100%)偏高的原因分析解答;
④根据反应前后元素的质量和种类不变解答;
(3)根据反应前后铜元素的质量相等解答.

解答 解:(1)①铜、氧气和硫酸在加热的条件下反应生成硫酸铜和水,化学方程式为:2Cu+O2+2H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO4+2H2O.直接加热温度过高,反应温度难以控制,水浴加热,反应的温度很好控制,受热均匀,图中多孔球泡的作用是:增大气体与溶液的接触面积,使反应充分进行.
②工业生产时可用纯氧代替空气.这一措施能加快反应速率外,还具有的优点是排除其他气体的干扰;
③用双氧水制氧气应选用的制取装置是固液常温型,收集方法可以是排水法也可是向上排空气法,反应的化学方程式为:2H2O2$\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2H2O+O2↑.
(2)①反应前有2个铜原子、2个硫原子、15个氧原子、2个碳原子、4个钠原子和2个氢原子,反应后2个铜原子、0个硫原子、7个氧原子、2个碳原子、0个钠原子和2个氢原子,依据化学反应前后原子的种类和个数不变可知,2X中有4个钠原子、2个硫原子、8个氧原子,所以X化学是为Na2SO4
②故检验沉淀是否洗涤干净,可检验硫酸根离子的存在,应选用试剂是 HNO3和BaCl2溶液;烘干时产品中出现少量黑色物质,可能的原因为碱式碳酸铜受热分解为氧化铜;
③若所得产品的产率(产率=$\frac{产品的实际质量}{产品的理论质量}$×100%)偏高,其可能的原因为
a.反应物为完全沉淀,无影响;
b.过滤时滤纸破损,产品的实际质量减少,所得产品的产率降低;
c.Cu2(OH)2CO3未洗涤干净 产品的实际质量增大,所得产品的产率偏高;
d.Cu2(OH)2CO3为完全烘干,所得产品的产率偏高;
④“沉淀”时若有少量5Cu(OH)2•2CuCO3生成,则产品中铜元素的质量分数偏大;
(3)反应前后铜元素的质量相等,
设该混合物中CuO的质量为x,则Cu2O的质量=15.2g-x
32g×$\frac{64}{160}×100%$=x×$\frac{64}{80}×$100%+(15.2g-x)×$\frac{128}{144}$×100%
x=8g
答案:
(1)①2Cu+O2+2H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO4+2H2O;温度易控,受热均匀;增大气体与溶液的接触面积,使反应充分进行;
②排除其他气体的干扰;
③2H2O2$\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2H2O+O2↑.A;D;
(2)①Na2SO4;②HNO3和BaCl2溶液;碱式碳酸铜受热分解为氧化铜;③cd;④偏大;
(3)混合物中CuO的质量为8g.

点评 根据生产流程图,正确理解每个过程在生产中的作用,从而达到全面掌握生产过程的目的,为解答问题做足准备.

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