Question

在中学化学实验中，通常用无水硫酸铜来检验少量水的存在．由于无水硫酸铜吸湿性很强，需要现制现用．
方法甲：取2药匙细小的硫酸铜晶体置于

 

中研碎后放入坩埚，将坩埚放在

 

上用小火慢慢加热并用玻璃棒不停搅拌，最后将坩埚移入

 

中进行冷却（请选用合适仪器填空：表面皿、研钵、烧杯、通风橱、试管夹、干燥器、泥三角）．
方法乙：取2药匙研碎的硫酸铜晶体于小烧杯中，加入20mL浓硫酸（质量分数不低于98%），并用玻璃棒搅拌，静置5min后倾去浓硫酸，用无水乙醇洗涤数次，倒在滤纸上晾干．
[交流与讨论]
（1）方法甲中，加热温度稍高时会出现变黑现象，原因是

 

（用化学方程式表示）．
（2）方法乙中，浓硫酸的作用是

 

；为了不浪费药品，对无水乙醇洗涤液进行再生的方法是

 

，所用的主要玻璃仪器有烧瓶、接液管、锥形瓶

 

等．
（3）用制得的无水硫酸铜检验某双氧水中是否含水时，除了发现固体变蓝外，还发现该双氧水中有气泡产生，对此你有何猜想

 

．
（4）目前工业上正积极探索用浓HNO₃作氧化剂，用Cu与浓H₂SO₄、浓HNO₃反应，采取间歇加热、逐渐加入浓HNO₃的方法来制备CuSO₄?5H₂O的新工艺．模拟制备装置如右图所示．
[问题一]如图装置中，分液漏斗内装的液体是

 

，反应结束时，获取CuSO₄?5H₂O的操作过程是先

 

，趁热将三颈瓶中的液体倒入烧杯中冷却，析出晶体CuSO₄?5H₂O，过滤、晾干．
[问题二]工业上用石灰乳吸收尾气，除了防止环境污染外，还能得到了有经济实用价值的副产品--亚硝酸钙．尾气吸收生成亚硝酸钙的化学方程式是

 

．

Answer 1

分析：方法甲：研碎物体在研钵中进行，硫酸铜易吸水；
[交流与讨论]
（1）由元素守恒及物质的颜色可知黑色固体物质只能是CuO；
（2）从浓硫酸的性质与蒸馏的基本操作的仪器与注意事项进行分析；
（3）一般情况下H₂O₂虽可分解，但需在MnO₂催化作用下才有明显的现象，此处Cu²⁺ 或CuSO₄对该反应起催化作用；
（4）问题一、结合信息“逐渐加入浓HNO₃的方法来制备CuSO₄?5H₂O“，则分液漏斗内盛浓硝酸．由于反应过程中有可溶于水的气体NO₂生成，在撤导管时，操作不规范可以引起倒吸，应先撤导管再迅速撤加热装置；
问题二、可类比实验室制备NO₂的实验中NO₂尾气处理的反应，反应起始阶段HNO₃的还原产物为NO₂，随反应的进行也有NO产生，这两种尾气都可以被石灰乳吸收，NO₂+NO+Ca（OH）₂=Ca（NO₂）₂+H₂O是归中反应，4NO₂+2Ca（OH）₂=Ca（NO₃）₂+Ca（NO₂）₂+2H₂O 是歧化反应．

解答：解：方法甲：方法甲是通过加热CuSO₄?5H₂O晶体，使晶体失水而得到无水硫酸铜．首先应将CuSO₄?5H₂O晶体在研钵中研碎，使之成为细小的颗粒或粉末，增大其受热面积，加快失水速度，然后将研碎的CuSO₄?5H₂O晶体放入坩埚中，将坩埚放在泥三角上加热．由于加热失水后的CuSO₄易吸收空气中的水蒸气，故应将加热后的坩埚放在干燥器中进行冷却．
故答案为：研钵；泥三角；干燥器；
【交流与讨论】
（1）在方法甲中，加热温度过高时，由于CuSO₄?5H₂O发生分解反应生成黑色的CuO，导致产品变黑，
方程式为CuSO₄?5H₂O

△   .

CuO+SO₃+5H₂O或CuSO₄?5H₂O

△   .

CuO+H₂SO₄+4H₂O，
故答案为：CuSO₄?5H₂O

△   .

CuO+SO₃+5H₂O或CuSO₄?5H₂O

△   .

CuO+H₂SO₄+4H₂O也可；
（2）方法乙是利用浓硫酸的吸水性，吸取CuSO₄?5H₂O晶体中的水，再用无水乙醇洗掉CuSO₄吸附的少量浓硫酸，从而得到无水硫酸铜，再生无水乙醇可通过加入CaO（生石灰）进行蒸馏的方法实现，根据蒸馏装置即可确定所需的玻璃仪器还应有冷凝管，
故答案为：吸水剂；加CaO后蒸馏（或蒸馏也可）；冷凝管；
（3）气泡的产生是由H₂O₂在Cu²⁺的催化作用下发生分解反应生成O₂所致，
故答案为：铜离子（或硫酸铜）对双氧水分解有催化作用；
（4）【问题一】本实验首先是Cu与浓硝酸在三颈瓶内发生反应生成Cu（NO₃）₂，然后用分液漏斗逐渐加入浓硫酸，Cu（NO₃）₂与浓硫酸在加热条件下发生复分解反应而得到CuSO₄溶液，CuSO₄溶液冷却结晶即可析出CuSO₄?5H₂O晶体．由于反应过程中有可溶于水的气体NO₂生成，在撤导管时，操作不规范可以引起倒吸，应先撤导管再迅速撤加热装置；
故答案为：浓硝酸；先撤去导管后停止加热；
【问题二】Cu与浓硝酸反应过程中，由于HNO₃的浓度逐渐降低，得到的气体为NO和NO₂，且Cu（NO₃）₂与浓硫酸反应过程中，HNO₃也会发生分解产生NO₂，由于NO、NO₂属于有毒的大气污染物，应对尾气进行处理．根据题意，尾气处理时反应物为NO、NO₂、Ca（OH）₂，生成物为Ca（NO₂）₂和H₂O，据此可写出相应反应的化学方程式分别为
NO₂+NO+Ca（OH）₂=Ca（NO₂）₂+H₂O 或4NO₂+2Ca（OH）₂=Ca（NO₃）₂+Ca（NO₂）₂+2H₂O，
故答案为：NO₂+NO+Ca（OH）₂=Ca（NO₂）₂+H₂O 或4NO₂+2Ca（OH）₂=Ca（NO₃）₂+Ca（NO₂）₂+2H₂O．

点评：从原理分析、化学实验基本操作、实验设计等全方位考查同学们驾驭知识的能力，为此同学们在平时的实验学习中要精益求精，关注课本实验，理解实验的要求和目的，难度中等．