Question

实验室用铜制备CuSO₄溶液有多种方案，某实验小组给出了以下三种方案：

请回答有关问题：
（1）甲方案：
①写出该反应的离子方程式                  ；
②为了节约原料，硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为，n(H₂SO₄)：n(HNO₃)=           。
（2）乙方案：将6.4g铜丝放到90mL 1.5mol·L^-1的稀硫酸中，控温在50℃。加入40mL 10%的H₂O₂，反应0.5小时，升温到60℃，持续反应1小时后，经一系列操作，得CuSO₄·5H₂O 20.0g【已知有关摩尔质 量：M(Cu)=64g/mol， M(CuSO₄·5H₂O) =250g/mol】。
①反应时温度控制在50℃~60℃，不宜过高的原因是                      ；
②本实验CuSO₄·5H₂O的产率为                  。
（3）丙方案：将空气或氧气直接通入到铜粉与稀硫酸的混合物中，发现在常温下几乎不反应。向反应液中加少量FeSO₄，即发生反应，生成硫酸铜。反应完全后，加物质A调节pH至4 ，然后过滤、浓缩、结晶。
①物质A可选用以下的          （填序号）；

A．CaO

B．NaOH

C．CuCO3

D．Cu2(OH)2CO3 E．Fe2(SO4)3

②反应中加入少量FeSO₄可加速铜的氧化，FeSO₄的作用是                  ；
（4）对比甲、乙、丙三种实验方案，丙方案的优点有（写两条）：
                                  、                                 。

Answer 1

（1）①3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O （3分）；  ②3:2（2分）
（2）①双氧水受热易分解造成损耗（2分）；    ②80％（3分）
（3）①CD（2分）；  ②作催化剂（或起催化作用，2分）
（4）无污染；原料利用率高（或常温下反应，耗能少；原料便宜，成本低等）（2分）

试题分析：（1）①铜与稀硫酸、稀硝酸的混合液反应生成铜离子、NO、水，离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
②硫酸铜的化学式中Cu²⁺与SO₄^2-的个数比是1:1，离子方程式中Cu²⁺与NO₃^-的个数比是是3:2，所以n(H₂SO₄)：n(HNO₃)=3:2；
（2）①因为过氧化氢受热易分解，温度过高，造成过氧化氢的损失，产率降低；
②604gCu的物质的量是0.1mol，硫酸的物质的量是0.135mol，所以硫酸过量，理论上应生成0.1molCuSO₄·5H₂O，质量是25.0g，实际得到CuSO₄·5H₂O 20.0g，所以CuSO₄·5H₂O的产率是20.0g/25.0g×100%=80%;
（3）①加物质A调节pH至4目的是降低溶液酸度，使铁元素沉淀，同时不引入新杂质，所以应选择CuCO₃、Cu₂(OH)₂CO₃，二者与硫酸反应生成硫酸铜、二氧化碳气体放出，符合题目要求，而ABE均会引入新杂质，答案选CD。
②反应中加入少量FeSO₄可加速铜的氧化，而FeSO₄不与溶液中的任何物质反应，所以FeSO₄的作用只能是催化剂的作用；
（4）与甲、乙比，丙的优点是不会产生污染，耗能少，原料便宜，节约原料等。