Question

8．常温下，某工程师以浓硫酸、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料，设计如图所示制取硫酸铜晶体（CuSO₄•5H₂O ）的生产工序和流程：

回答下列问题：
（1）写出（Ⅰ）中制取硫酸铜的总反应的化学方程式Cu+2HNO₃+H₂SO₄=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O；
（2）在上述反应中可以被循环利用的物质的化学式为：HNO₃或NO₂．
（3）①：某同学在实验室中为模拟上述生产过程，实现上述方案，请根据该同学的思路在下列装置中选用适当的装置，并将它们的编号填入方框内：

②装置C的作用是：吸收尾气．
（4）硫酸铜晶体也可以直接用浓硫酸和粗铜反应制取，与上述方法相比，其缺点是：浓硫酸直接和Cu反应需要加热；浓硫酸产生的SO₂在此实验中难以循环利用原料利用率低并污染空气．

Answer 1

分析 浓硫酸、浓硝酸和粗铜得到硫酸铜溶液，冷却结晶过滤得到粗硫酸铜晶体，滤液Ⅲ中通入空气、水和二氧化氮生成硝酸，重新循环使用，
（1）Cu与HNO₃（浓）反应，只有2molHNO₃被还原，另2molH⁺ 由H₂SO₄提供，（Ⅰ）中制取硫酸铜的反应为铜和硝酸、硫酸反应生成硫酸铜、二氧化氮和水；
（2）分析流程可知，参与反应过程，最后又生成的物质可以循环使用；
（3）①铜与浓硝酸反应，不要加热，故选A，反应中要被充空气，选 B②装置C的作用是吸收剩余的NO₂，防止污染空气；
（4）浓硫酸与Cu直接反应需要加热；浓硫酸产生的SO₂在此实验中难以循环利用原料利用率低并污染空气．

解答 解：（1）Cu与HNO₃（浓）反应，只有2molHNO₃被还原，另2molH⁺ 由H₂SO₄提供，（Ⅰ）中制取硫酸铜的反应为铜和硝酸、硫酸反应生成硫酸铜、二氧化氮和水，反应的化学方程式为：Cu+2HNO₃+H₂SO₄═CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+2HNO₃+H₂SO₄═CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O；
（2）上述分析可知，滤液Ⅲ中通入空气和二氧化氮气体反应得到硝酸溶液可以循环使用，和粗铜反应生成二氧化氮气体，所以二氧化氮和硝酸可以循环使用，
故答案为：HNO₃ 或NO₂；
（3）①某同学在实验室中为模拟上述生产过程，实现上述方案，①铜与浓硝酸反应，不要加热，故选A，反应中要被充空气，选 B②装置C的作用是吸收剩余的NO₂，防止污染空气，编号填入方框内为：
故答案为：；

②装置C中是氢氧化钠溶液，生成的氮氧化物可以通过氢氧化钠溶液吸收，防止污染空气，
故答案为：吸收尾气；
（4）Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，浓硫酸直接和Cu反应需要加热消耗能源，浓硫酸产生的SO₂在此实验中难以循环利用，原料利用率低并污染空气；
故答案为：浓硫酸直接和Cu反应需要加热；浓硫酸产生的SO₂在此实验中难以循环利用原料利用率低并污染空气；

点评 本题考查了实验室制备硫酸铜的流程分析，反应原理的理解应用，装置选择和实验设计是解题关键，题目难度中等．