Question

20．利用废铁丝、硫酸铜废液（含硫酸亚铁）和被有机物污染的废铜粉制备硫酸铜晶体．生产过程如图1：

试回答下列问题：
（1）铁丝在投入硫酸铜废液前需用稀H₂SO₄进行处理，其目的是（用离子方程式表示）Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O
（2）为了使灼烧后的氧化铜混合物充分酸溶，在加入稀H₂SO₄的同时，还通入O₂，通入氧气的目的是（用化学方程式表示）2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O在实验中常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）
（3）写出烧瓶中发生的离子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
（4）广口瓶的作用是有利于氮氧化物的吸收，防止倒吸
（5）为符合绿色化学的要求，某研究性学习小组进行如下设计：
设计将3.2g铜丝放到45mL 1.5mol/L的稀硫酸中，控温在50℃．加入18mL 10%的H₂O₂，反应0.5小时后，升温到60℃，持续反应1小时后，过滤、蒸发结晶、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
①温度不宜过高的原因是防止双氧水分解．
②本实验CuSO₄•5H₂O的产率为84%．

Answer 1

分析 废铁丝、硫酸铜废液（含硫酸亚铁）和被有机物污染的废铜粉制备硫酸铜晶体的生产流程：将金属铁投入硫酸铜中，可以置换出金属铜，金属铜可以和氧气在灼烧下发生反应生成氧化铜（废铜中含有的有机物质含有碳元素，灼烧会产生碳单质或是CO，具有还原性，可以和氧化铜在加热下发生反应，得到金属铜），氧化铜可以和硫酸反应得到硫酸铜溶液，
（1）金属铁表面的铁锈可以和硫酸反应；
（2）在稀硫酸作用下氧气将铜氧化生成硫酸铜；
（3）铜和稀硫酸的混合物遇到浓硝酸，硝酸有氧化性，将铜氧化成硝酸铜，硝酸被还原成一氧化氮；
（4）广口瓶可以吸收氮的氧化物，同时可以防止倒吸，作安全瓶；
（5）①根据双氧水加热易分解的性质分析；
②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．

解答 解：废铁丝、硫酸铜废液（含硫酸亚铁）和被有机物污染的废铜粉制备硫酸铜晶体的生产流程：将金属铁投入硫酸铜中，可以置换出金属铜，金属铜可以和氧气在灼烧下发生反应生成氧化铜（废铜中含有的有机物质含有碳元素，灼烧会产生碳单质或是CO，具有还原性，可以和氧化铜在加热下发生反应，得到金属铜），氧化铜可以和硫酸反应得到硫酸铜溶液，
（1）除铁丝在投入硫酸铜废液前需用稀H₂SO₄进行处理，目的是出去铁锈，发生的反应为：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案为：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）在稀硫酸作用下氧气将铜氧化生成硫酸铜，所以通氧气的目的是氧化铜，反应的化学方程式为2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O，
故答案为：2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O；
（3）铜和稀硫酸的混合物遇到浓硝酸，硝酸有氧化性，将铜氧化成硝酸铜，硝酸被还原成一氧化氮，反应的离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案 为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（4）广口瓶可以吸收氮的氧化物，同时可以防止倒吸，作安全瓶，
故答案为：有利于氮氧化物的吸收，防止倒吸；
（5）①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，
故答案为：防止双氧水分解；
②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$\frac{10.5g}{12.5g}$×100%=84%，
故答案为：84%．

点评 本题考查了学生对实验原理的理解、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．