Question

某企业是一家以生产电缆类产品为主的地方明星企业．在电缆生产过程中，不可避免地会产生一定量的含铜废料（如：零碎电缆）．某化学兴趣小组的同学得知这一情况后，提出可以用含铜废料制备胆矾（CuSO₄?5H₂O）．
Ⅰ、硫酸铜的制备
方案1：甲同学根据已学知识，提出了制备硫酸铜方案：

方案2：乙同学根据查阅资料找到了一种工业制备硫酸铜的流程：

（1）上述方案中的①、②、③三处，与铜或铜的化合物有关的化学反应方程式分别是：
①

 

；②

 

；③

 

；
（2）从环保角度对两套方案的不同部分进行比较，你认为方案

 

（填1或2）更合理．理由是：

 

．
（3）方案2中，加入H₂O₂后要求温度控制在50℃到60℃加热的原因为

 

（4）若上述方案所用的稀硫酸溶质质量分数为36.8%，问每1L98%的浓硫酸（密度为1.84g/mL）能配制出这种稀硫酸

 

g，需水

 

L（水的密度为1.0g/mL）．在实验室中稀释浓硫酸时，是如何操作的：

 

．
（5）兴趣小组同学一致指出，将滤液经蒸发、降温结晶等操作后，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得硫酸铜晶体．晶体采用酒精淋洗的优点是

 

．
Ⅱ、硫酸铜晶体（CuSO₄?xH₂O）中结晶水（xH₂O）含量的测定：在老师的指导下，学习小组取12.5g硫酸铜晶体（CuSO₄?xH₂O）进行热分解，获得相关数据，并绘制成固体质量-温度的关系如下图．
（1）在加热过程中，随着水分的失去，固体颜色将由蓝色逐渐变为

 

色，最终变为黑色；
（2）650℃以上时，硫酸铜固体就会发生分解，生成黑色金属氧化物、二氧化硫及氧气，此反应的化学方程式为

 

；
（3）根据图中数据，计算CuSO₄?xH₂O中x的值为

 

，CuSO₄?xH₂O的CuSO₄的质量分数

 

．（写出计算过程）
（4）若将4.0g剩余固体继续加热到更高的温度，发现固体质量减少了0.4g后质量不再改变，写出此过程中可能发生反应的化学方程式：

 

．
Ⅲ、硫酸铜的应用
波尔多液是用硫酸铜和石灰乳配成的一种天蓝色、粘稠的悬浊液，其有效成分是Cu₄（OH）₆SO₄，其中铜元素的化合价为

 

价．碱式盐可以写成盐和碱的形式，例如碱式碳酸铜可以写成CuCO₃?Cu（OH）₂，则Cu₄（OH）₆SO₄可以写成盐和碱的形式为

 

，其杀菌机理可看作是Cu²⁺使病原菌失去活性，这说明病原菌的主体是

 

（填一种有机物名称）．

Answer 1

分析：“从含铜废料中回收铜”符合绿色化学的理念，再回收利用中，设计了两套方案，处理有关问题，并进行评价．甲方案中：发生的有关化学方程式为：①2Cu+O₂

△   .

2CuO；②CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O；③Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu．但“灼烧”会产生污染空气的气体、粉尘、烟雾，所以不如乙方案更合理；然后设计提取的有关问题；最后考查学生的计算能力及体验回收成果，增强成就感．

解答：解：Ⅰ、（1）铜在空气中灼烧生成黑色固体氧化铜，氧化铜与硫酸反应生成蓝色硫酸铜，与铁屑反应置换出铜，反应方程式为：2Cu+O₂

△   .

2CuO；
CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O； Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；
（2）从环保角度对两套方案的不同部分进行比较，甲方案第一步灼烧会产生污染空气的气体，粉尘，烟雾，由此可知方案2更合理；
（3）H₂O₂受热易分解，温度应该控制在50℃到60℃之间；
（4）设稀硫酸的质量为x，则36.8%x=1000mL×1.84g/mL×98%，得x=4900g；需要水的体积：（4900g-1000mL×1.84g/mL）÷1.0g/mL=3060mL，即3.06L．
稀释浓硫酸的方法是：将浓硫酸沿烧杯壁缓缓倒入水中，并用玻璃棒不断搅拌．
（5）硫酸铜晶体易溶于水，用少量95%的酒精淋洗后晾干，为的是减少硫酸铜晶体因溶于水而损失．
Ⅱ、（1）硫酸铜晶体（CuSO₄?xH₂O）是蓝色的，失去结晶水后变为白色；
（2）根据题意写出化学方程式：2CuSO₄

△   .

2CuO+2SO₂↑+O₂↑；
（3）由图示数据和“到t₁℃时该固体完全失去结晶水”可知，结晶水的质量为：12.50g-8.0g=4.5g
CuSO₄?xH₂O

△   .

CuSO₄+xH₂O↑．
160+18x               18x
12.50g                 4.5g
∴

160+18x

18x

=

12.50g

4.5g

∴160+18x=50x，
∴x=

160

32

=5；
CuSO₄?5H₂O的CuSO₄的质量分数

64+32+16×4

64+32+16×4+5×(1×2+16)

×100%=64%
）4.0g剩余固体继续加热到更高的温度，说明生成的氧化铜分解了，化学方程式为：4CuO

△   .

2Cu₂O+O₂↑．
Ⅲ、Cu₄（OH）₆SO₄中OH化合价为-1，SO₄的化合价为-2，根据化合物中正负化合价的代数和为0，可得铜元素的化合价为+2；
Cu₄（OH）₆SO₄可以写成盐和碱的形式为CuSO₄?3Cu（OH）₂；Cu²⁺是重金属使蛋白质失去活性，这说明病原菌的主体是蛋白质．
故答案为：
Ⅰ（1）①2Cu+O₂

△   .

2CuO；②CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；③Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
（2）2 耗能少或无污染等
（3）防止H₂O₂受热分解
（4）4900，3.06L  将浓硫酸沿烧杯壁缓缓倒入水中，并用玻璃棒不断搅拌
（5）减少硫酸铜晶体因溶于水而损失
Ⅱ、（1）白；
（2）2CuSO₄

△   .

2CuO+2SO₂↑+O₂↑
（3）5，64%
（4）4CuO

△   .

2Cu₂O+O₂↑
Ⅲ、+2，CuSO₄?3Cu（OH）₂ 蛋白质

点评：该题为硫酸铜的知识为线索，考查了多方面的知识，难度较大．