Question

1．某校化学小组学生进行如下实验．
（1）使用铜和稀硫酸制备硫酸铜晶体．
步骤如下：

步骤①观察到的现象是红色固体转化为黑色粉末．步骤③的主要操作包括：将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤及洗涤、干燥．
（2）硫酸铜溶解度的测定．
用石墨电极（相同）电解饱和CuSO₄溶液，阴极的电极反应式是Cu²⁺+2e^-=Cu．已知饱和CuSO₄溶液的质量为60g，通电10min后，溶液恰好变为无色．称量发现两电极质量差为4g，此温度下CuSO₄的溶解度是20g．
（3）某同学查询资料得知：铜屑放入稀硫酸中不发生反应，若在稀硫酸中加入H₂O₂，铜屑可逐渐溶解．实验小组同学设计实验装置如图，验证该实验，该反应的化学方程式是Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O．
若将H₂O₂和稀硫酸加入烧瓶中的顺序颠倒，实验得到的结论是铜屑放入H₂O₂中不发生反应，若在H₂O₂中加入稀硫酸，铜屑可逐渐溶解．

Answer 1

分析 （1）铜与稀硫酸不反应，需要先将铜在空气中加热氧化生成氧化铜，再溶解于稀硫酸，然后将硫酸铜溶液加热蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤并干燥，即可得到硫酸铜晶体；
①铜加热氧化的现象可结合铜和氧化铜的颜色判断；
②从溶液中获得晶体的常见方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤及洗涤、干燥；
（2）惰性电极电解硫酸铜溶液，阴极发生发生还原反应，溶液里的铜离子被还原为铜；当电解到溶液为无色时，溶液里Cu2+完全还原生成铜，阴、阳极质量差即为生成铜的质量，根据原子守恒可计算出硫酸铜的质量，再计算硫酸铜的溶解度；
（3）双氧水的氧化性比稀硫酸强的多，可以将铜氧化，氧化后的铜和稀硫酸反应．

解答 解：（1）铜与稀硫酸不反应，需要先将铜在空气中加热氧化生成氧化铜，再溶解于稀硫酸，然后将硫酸铜溶液加热蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤并干燥，即可得到硫酸铜晶体；
①铜在空气中加热，看到的现象是红色的铜转化为黑色粉末，故答案为：红色固体转化为黑色粉末；
②获得硫酸铜晶体的方法是将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤及洗涤、干燥，故答案为：将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤及洗涤、干燥；
（2）用石墨电极（相同）电解饱和CuSO₄溶液，阴极的电极反应式是Cu²⁺+2e^-=Cu；析出铜为4g，其物质的量为4g÷64g/mol=1/16mol，则硫酸铜的质量为160g/mol×1/16mol=10g，则此温度下硫酸铜的溶解度=$\frac{10g}{60g-10g}×100g$=20g，故答案为：20g；
（3）因为双氧水在酸性溶液中先把铜氧化成氧化铜，当然这是一个微弱的反应，形成一个平衡，但是形成的氧化铜马上就会被稀硫酸溶解，平衡被打破，反应朝正方向进行，故而逐渐溶解，反应的化学方程式为：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；若将H₂O₂和稀硫酸加入烧瓶中的顺序颠倒，实验得到的结论是：铜屑放入H₂O₂中不发生反应，若在H₂O₂中加入稀硫酸，铜屑可逐渐溶解；
故答案为：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；铜屑放入H₂O₂中不发生反应，若在H₂O₂中加入稀硫酸，铜屑可逐渐溶解．

点评 本题考查了常见物质的制取原理，实验流程分析及实验方法的设计判断，涉及混合物的分离提纯等基本操作、电解原理与溶解度的计算及氧化还原反应的分析，难度中等，重视基础考查．