Question

（14分）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。生产过程如下：

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，可能发生反应的离子方程式有             。
（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O₂的目的是（用化学反应方程式表示）                 。
在实验室中，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）写出烧瓶中发生反应的离子方程式为                                
（4）广口瓶的作用是                 
（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：将3.2 g铜丝放到45 mL 1.5 mol·L^－1的稀硫酸中，控温在50 ℃。加入18 mL 10%的H₂O₂，反应0.5h后，升温到60 ℃，持续反应1 h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 10.5 g。请回答：
①加热时温度不宜过高的原因是                           ；
②本实验CuSO₄·5H₂O的产率为              。

Answer 1

⑴  Fe₂O₃＋6H^＋＝2Fe^3＋＋3H₂O，2Fe^3＋＋Fe＝3Fe^2＋，Fe＋2H^＋＝Fe^2＋＋H₂↑；
⑵ 2Cu＋O₂＋2H₂SO₄＝2CuSO₄＋2H₂O 或2Cu＋O₂＝2CuO，CuO＋H₂SO₄＝CuSO₄＋H₂O ；
⑶ 3Cu＋8H^＋＋3NO₃^－   ＝3Cu^2＋＋2NO↑＋4H₂O ；
⑷ 安全瓶 ；⑸  ①防止双氧水分解 ；②84％ 。

试题分析：（1）铁丝表面有铁锈。投入稀H₂SO₄中发生反应的两种方程式为：Fe₂O₃＋6H^＋＝2Fe^3＋＋3H₂O；2Fe^3＋＋Fe＝3Fe^2＋；Fe＋2H^＋＝Fe^2＋＋H₂↑；（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O₂的目的是使Cu变为氧化铜，与酸反应得到CuSO₄.反应的方程式为：2Cu＋O₂＋2H₂SO₄＝2CuSO₄＋2H₂O 或2Cu＋O₂＝2CuO，CuO＋H₂SO₄＝CuSO₄＋H₂O ；（3）在烧瓶中Cu与稀硝酸发生反应的离子方程式为：3Cu＋8H^＋＋3NO₃^－   ＝3Cu^2＋＋2NO↑＋4H₂O ；（4）广口瓶的作用是安全瓶，防止倒吸现象的发生；（5）①加热时温度不宜过高是由于在反应的过程中使用了H₂O₂，而H₂O₂受热容易分解，使用温度不宜过高。②n(Cu)=" 3.2" g÷64g/mol=0.05mol,n(H₂SO₄)=" 0.045" L×1.5 mol/L=" 0.0675" mol硫酸过量，所以产生的CuSO₄按照Cu来计算，理论产量：0.05mol×250g/mol=12.5g。因此CuSO₄·5H₂O的产率为(10.5 g÷12.5g)×100％=84％。