Question

7．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1、2所示）
（1）如何检验装置气密性关闭K₁、K₂，微热圆底烧瓶，3中长导管有气泡冒出，停止加热长导管中形成一段水柱
（2）实验过程中通入O₂的作用使生成的氮的氧化物能被完全吸收．3中液体为NaOH溶液
（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、蒸发、结晶，滤渣作催化剂循环使用（已知Fe（OH）₃和Cu（OH）₂完全沉淀时的PH分别为37.64）
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ab（填字母序号）a．CuO b．CuCO₃ c．NaOH   d．NH₃•H₂O
以加入Fe₂（SO₄）₃为例，用离子方程式解释反应发生的原因2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺、4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O
方案3：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0.5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 10.6g则过程Cu的利用率为84.8%．

Answer 1

分析 （1）检验装置的气密性，应该先形成密闭体系，在根据气体热胀冷缩的原理检验．
（2）Cu与硫酸、硝酸反应生成氮的氧化物，通入氧气可以使其在氢氧化钠溶液中完全吸收；
（3）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Fe₂（SO₄）₃时，Fe₂（SO₄）₃与Cu反应生成FeSO₄，亚铁离子被氧气氧化为铁离子；
③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）检验装置的气密性，应该先形成密闭体系，则需要关闭活塞K₁、K₂，微热圆底烧瓶，烧瓶中气体膨胀，则3中长导管有气泡冒出，停止加热，烧瓶中气体压强减小，大气压压着水进入长导管，则长导管中形成一段水柱，
故答案为：关闭K₁、K₂，微热圆底烧瓶，3中长导管有气泡冒出，停止加热长导管中形成一段水柱；
（2）Cu与硫酸、硝酸反应生成氮的氧化物，氮的氧化物属于有毒气体用于氢氧化钠溶液吸收，所以3中液体为氢氧化钠溶液，通入氧气可以使氮的氧化物在氢氧化钠溶液中完全吸收，
故答案为：使生成的氮的氧化物能被完全吸收；NaOH溶液；
（3）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CuO或CuCO₃；向反应液中加Fe₂（SO₄）₃时，Fe₂（SO₄）₃与Cu反应生成FeSO₄，其反应的离子方程式为：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；通入的氧气能够把亚铁离子氧化为铁离子，其反应的离子方程式为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：ab；2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺、4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
③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
64         250
3.2g        xg
所以x=$\frac{3.2g×250}{64}$=12.5
理论上生成CuSO₄•5H₂O 12.5克，故产率为$\frac{10.6g}{12.5g}$×100%=84.8%，
故答案为：84%．

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，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．