Question

硫酸铜晶体俗称“胆矾”，在无机化工及生产生活中有广泛的应用．某课外研究小组的同学用粗铜粉（含有碳等杂质）设计了两种制备胆矾的途径，并测定了其中结晶水的含量．设计的流程如图1：

（1）“较纯铜”转化为氧化铜时，应将其置于

 

内进行灼烧（填写仪器名称）．“粗铜”表面的油脂可以用热碱溶液洗去，原因是

 

．若灼烧“粗铜”，获得的产物是混有少量铜的氧化铜．存在少量铜的可能原因是

 

．
a．灼烧过程中部分氧化铜被还原          b．该条件下铜无法被氧气氧化
c．氧化铜在加热过程中分解生成铜        d．灼烧不充分铜未被完全氧化
（2）通过途径I实现用粗制氧化铜制取胆矾，必须进行的实验操作步骤是：酸溶、加热通氧气、过滤、

 

、冷却结晶、

 

、自然干燥．比较由粗制氧化铜制取胆矾的两种途径，途径Ⅰ有明显的两个优点：①

 

；②

 

．
（3）测定胆矾晶体里结晶水的含量时，若测定的相对误差大于零，则产生误差的原因可能是

 

．
a．加热后容器未放入干燥器中冷却
b．最后两次加热后的质量相差较大
c．加热前称量时容器未完全干燥
d．加热过程中有少量溅失
（4）利用如图2装置加热无水硫酸铜粉末直至完全分解，A的试管中剩余黑色粉末，用带火星的木条伸入集气瓶D，发现木条能复燃．反应前后各装置的质量见表格中所示．

装置	A（试管+粉末）	B	C
反应前	50.0g	70.0g	540.0g
反应后	45.0g	74.5g	540.0g

请通过计算，推断该实验条件下硫酸铜分解的化学方程式：

 

．

Answer 1

分析：（1）灼烧固体应在坩埚中进行，油脂在碱性条件下水解生成可溶于水的物质；根据氧化铜和铜的性质分析，铜在加热条件下易生成氧化铜，氧化铜稳定，难以分解；
（2）由硫酸铜溶液制得硫酸铜晶体，经过滤后加热蒸发硫酸铜溶液，冷却结晶后、过滤、洗涤、干燥后可得纯净的硫酸铜晶体；途径Ⅱ有浓硫酸参加反应，消耗较多硫酸，并产生污染性二氧化硫气体；
（3）a．加热后放在空气中冷却，会吸收空气中的水重新形成晶体，结果偏小；
b．最后两次加热后的质量相差较大，硫酸铜晶体没完全失水，造成结果偏小；
c．加热前称量时容器未完全干燥，容器内壁有水，造成结果偏大；
d．加热过程中有少量溅失，质量变化偏大，造成结果偏大；
（4）A的试管中剩余黑色粉末，用带火星的木条伸入集气瓶D，发现木条能复燃，得出反应产物有氧化铜和氧气，根据氧化还原反应中得失电子相等，得出还原产物二氧化硫和氧气的物质的量之比为2：1，根据质量守恒定律来来计算产物硫的氧化物和氧气的质量比，进而确定三氧化硫的化学计量数，再根据硫原子守恒配平方程式．

解答：解：（1）灼烧固体应在坩埚中进行，油脂在碱性条件下水解生成可溶于水的物质；根据氧化铜和铜的性质分析，铜在加热条件下易生成氧化铜，氧化铜稳定，难以分解；
故答案为：坩埚；油脂在碱性条件下发生水解而除去 ad；
（2）由硫酸铜溶液制得硫酸铜晶体，经酸溶、加热通氧气、过滤、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、自然干燥后可得纯净的硫酸铜晶体；
比较反应的两个途径，途径Ⅱ有浓硫酸参加反应，消耗较多硫酸，并产生污染性二氧化硫气体，
故答案为：蒸发浓缩 过滤洗涤；产生等量胆矾，途径I消耗硫酸少，途径I不产生污染大气的气体；
（3）a．加热后放在空气中冷却，会吸收空气中的水重新形成晶体，结果偏小，故a错误；
b．最后两次加热后的质量相差较大，硫酸铜晶体没完全失水，造成结果偏小，故b错误；
c．加热前称量时容器未完全干燥，容器内壁有水，质量变化偏大，造成结果偏大，故c正确；
d．加热过程中有少量溅失，质量变化偏大，造成结果偏大，故d正确；
故选cd；
（4）A的试管中剩余黑色粉末为氧化铜，用带火星的木条伸入集气瓶D，发现木条能复燃，则有氧气生成，根据氧化还原反应，则还原产物为二氧化硫，根据氧化还原反应中得失电子相等，得出还原产物二氧化硫和氧气的物质的量之比为2：1，反应方程式可初步写成：CuSO₄

△

CuO+xSO₃↑+2SO₂↑+O₂↑．根据质量守恒定律分析，反应生成气体的质量为50.0g-45.0g=5g，干燥管完全吸收了二氧化硫和三氧化硫，其质量为74.5g-70g=4.5g，生成的氧气的质量为5g-4.5g=0.5g，则生成硫的氧化物和生成的氧气的质量比为4.5g：0.5g=9：1，即（80x+2×64）：32=9：1，解得：x=2，即方程式可写出：CuSO₄

△

CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑，根据硫原子守恒配平得：4CuSO₄

△

4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑；
故答案为：4CuSO₄

△

4CuO+2SO₃↑+2SO₂↑+O₂↑．

点评：本题考查硫酸铜晶体的制备方案设计，涉及化学实验基本操作，方程式的推导难度较大，既要利用现象作出定性判断，又要根据氧化还原反应和质量守恒定律进行计算再根据原子守恒配平方程式．