Question

硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料．铜不能与稀硫酸直接反应，本实验中将适量浓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（装置如图所示）．
（1）写出烧瓶中发生反应的化学方程式为：

Cu+H₂SO₄+2HNO₃=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O
或3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O

．
（2）为符合绿色化学的要求，某研究性学习小组进行如下设计：
第一组：以空气为氧化剂法
方案1：以空气为氧化剂．将铜粉在仪器B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2：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FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃，即发生反应．反应完全后向其中加物质甲调节pH 3～4，产生Fe（OH）₃沉淀，过滤、浓缩、结晶，滤渣作催化剂循环使用．已知：

沉淀物

Fe（OH）3

Cu（OH）2

Fe（OH）2

开始沉淀pH

2.7

4.8

7.6

完全沉淀pH

3.7

6.4

9.6

请回答下列问题：
①方案1中的B仪器名称是

坩埚

．
②方案2中甲物质是

C

，最后所得晶体中可能含有

F

 （填字母序号）
A、CaO    B、NaOH   C、CuCO₃   D、FeSO₄   E、Fe₂（SO₄）₃  F、FeSO₄?7H₂O
第二组：过氧化氢为氧化剂法
将3.2g铜丝放到45mL 1.5mol?L^-1的稀硫酸中，控温在50℃．加入18mL 10%的H₂O₂，反应0.5h后，升温到60℃，持续反应1h后，过滤、蒸发浓缩、减压抽滤等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄?5H₂O 10.5g．
请回答下列问题：
③加热时温度不宜过高的原因是

防止双氧水分解

，写出组装减压抽滤装置的注意点

滤纸不得大于布氏漏斗底且覆盖所有小孔；橡皮塞插入部分不超过三分之二；布氏漏斗颈口斜面与吸滤瓶支管口相对；安全瓶中导管与吸滤瓶相连短与抽滤泵相连长

．（至少二点）
④本实验CuSO₄?5H₂O的产率为

84%

．
上述两种氧化法中，更符合绿色化学理念的

第二组

（填“第一组”或“第二组”），理由是

第一组方案1需要灼烧，多消耗能源

．

Answer 1

分析：（1）铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，随着反应的进行，浓硝酸变成稀硝酸，稀硝酸和铜反应生成硝酸铜和一氧化氮、水．
（2）①高温灼烧固体应在坩埚中进行；
②调节溶液的PH时，不能引进杂质离子，且所加的物质可以和酸发生反应即可；向反应液中加FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃时，Fe₂（SO₄）₃与Cu反应生成FeSO₄，结晶时以FeSO₄?7H₂O形式析出；
③根据双氧水加热易分解的性质分析；减压过滤在操作时滤纸不得大于布氏漏斗底且覆盖所有小孔；橡皮塞插入部分不超过三分之二；布氏漏斗颈口斜面与吸滤瓶支管口相对；安全瓶中导管与吸滤瓶相连短与抽滤泵相连长；
④根据铜原子守恒得铜和五水硫酸铜的关系，求出CuSO₄?5H₂O 质量，然后求出产率；对比两种方案时从能量消耗、产品纯度、是否产生有害物质等分析．

解答：解：（1）铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，随着反应的进行，浓硝酸变成稀硝酸，稀硝酸和铜反应生成硝酸铜和一氧化氮、水，反应方程为：Cu+H₂SO₄+2HNO₃=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
故答案为：Cu+H₂SO₄+2HNO₃=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
（2）①高温灼烧固体应在坩埚中进行，故答案为：坩埚；
②调节溶液的PH时，不能引进杂质离子，且所加的物质可以和酸发生反应即可，所以甲物质为CuCO₃；向反应液中加FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃时，Fe₂（SO₄）₃与Cu反应生成FeSO₄，结晶时以FeSO₄?7H₂O形式析出；故答案为：C；F；
③根据双氧水加热易分解的性质分析，过氧化氢不稳定，温度过高易分解生成水和氧气；减压过滤可加快过滤速度，并能得到较干燥的沉淀，所用仪器为吸滤瓶、安全瓶、抽气泵，操作时滤纸不得大于布氏漏斗底且覆盖所有小孔；橡皮塞插入部分不超过三分之二；布氏漏斗颈口斜面与吸滤瓶支管口相对；安全瓶中导管与吸滤瓶相连短与抽滤泵相连长；
故答案为：防止双氧水分解；滤纸不得大于布氏漏斗底且覆盖所有小孔；橡皮塞插入部分不超过三分之二；布氏漏斗颈口斜面与吸滤瓶支管口相对；安全瓶中导管与吸滤瓶相连短与抽滤泵相连长；
④设3.2g铜生成五水硫酸铜的质量为xg，根据铜原子守恒得铜和五水硫酸铜的关系式为：
Cu→CuSO₄?5H₂O 
64g     250g
3.2g     xg
所以x=12.5
理论上生成CuSO₄?5H₂O 12.5克，故产率为

10.5g

12.5g

×100%=84%；
第一组方案1需要灼烧，所以多消耗能源；第一组方案2所得产品含有铁元素杂质，产品不纯；第一组方案1产生有毒气体氮的氧化物，而第二组方案几乎不产生有害气体，且所得产品纯度较高；
故答案为：84%； 第一组方案1需要灼烧，多消耗能源；第一组方案2所得产品含有铁元素杂质；而第二组方案几乎不产生有害气体，且所得产品纯度较高．

点评：本题考查了学生对实验原理的理解、实验方案的评价、实验装置的理解与评价、常用化学用语、物质推断、实验条件控制等，难度中等，实验方案设计，应根据实验目的思考实验原理，根据实验原理中反应物的状态和反应条件确定试剂和装置，通过比较和评价优选最佳实验方案．