Question

 (1)实验室用铜制取硫酸铜，将适量硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全，通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体。理论上硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为：_________________________________。

(2)实际上，即使铜粉、硫酸及硝酸都比较纯，制得的CuSO₄·5H₂O中还是有可能存在的杂质是________，除去这种杂质的实验操作称为_____________________________。

(3)为符合绿色化学的要求，某研究性学习小组进行如下设计：

方案甲：以空气为氧化剂。将铜粉在________(填仪器名称)中反复灼烧，使铜与空气充分反应生成氧化铜，再将氧化铜与稀硫酸反应。

方案乙：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，加物质甲调节pH，铁元素全部沉淀(一般认为铁离子的浓度下降到10^－5 mol·L^－1，就认为沉淀完全)，然后过滤、浓缩、结晶。

请回答下列问题：已知：K_sp[Cu(OH)₂]≈10^－22，K_sp[Fe(OH)₂]≈10^－16，K_sp[Fe(OH)₃]≈10^－38

①为了使铁元素全部沉淀，应调节pH至少为______________________________；

②甲物质可选用的是________；

A．CuCl₂　  B．NaOH　   C．Cu₂(OH)₂CO₃　     D．CuO      E．H₂SO₄

③反应中加入少量FeSO₄对铜的氧化可以起催化作用。其反应过程是：第1步，4Fe^2＋＋O₂＋4H^＋===4Fe^3＋＋2H₂O，请写出其第2歩反应的离子方程式_____________________

________________________________________________________________________。

方案丙：将铜丝放到一定量的稀硫酸中，加入适量的H₂O₂，并控温在50 ℃～60 ℃，持续反应1 h，也能获得硫酸铜。请回答下列问题：

④反应时温度必须控制在50 ℃～60 ℃，温度不宜过高的主要原因是________________________________________________________________________；

⑤写出该反应的化学方程式为__________________________________________。

Answer 1

解析　(1)据3Cu＋8H^＋＋2NO===2NO↑＋4H₂O＋3Cu^2＋，硝酸提供2H^＋，而硫酸提供6H^＋，故理论上硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为3∶2。

(2)制得的CuSO₄·5H₂O中还是有可能存在的杂质是Cu(NO₃)₂，分离CuSO₄和Cu(NO₃)₂，利用溶解度上的差异进行重结晶。

(3)灼烧固体要用的仪器就是坩埚，①已知：K_sp[Cu(OH)₂]≈10^－22，K_sp[Fe(OH)₂]≈10^－16，K_sp[Fe(OH)₃]≈10^－38应该加入能够与H^＋反应的物质调节pH值，让铁元素以Fe(OH)₃形式析出来；K_sp[Fe(OH)₃]≈10^－38＝10^－5×c(OH^－)³，可以求出c(OH^－)＝10^－11，求出pH＝3，又不引入杂质离子又能与H^＋反应调节pH值，可选用Cu₂(OH)₂CO₃或者CuO。③2Fe^3＋＋Cu===2Fe^2＋＋Cu^2＋。④反应时温度必须控制在50 ℃～60 ℃，温度不宜过高的主要原因是防止双氧水分解。⑤Cu＋H₂O₂＋H₂SO₄===CuSO₄＋2H₂O。

答案　(1)3∶2　(2)Cu(NO₃)₂　重结晶　(3)坩埚　①3　②CD　③2Fe^3＋＋Cu===2Fe^2＋＋Cu^2＋　④防止双氧水分解　⑤Cu＋H₂O₂＋H₂SO₄===CuSO₄＋2H₂O