Question

李明同学设计了两种以铁、氧化铜、稀硫酸为原料制取金属铜的方法．（已知：H₂+CuO═Cu+H₂O）
（1）第一种方法的实验过程中有蓝色溶液产生，你认为李明同学应选用下述装置中的（填装置的序号

 

．

（2）第一种方法的实验过程中，为了缩短反应的时间，必需加快化学反应速率．你认为李明同学采取加快反应速率的措施是：

 

．
（3）写出第一种方法中有关的反应化学方程式

 

．
（4）用这两种方法制得铜中都可能含有杂质．则第二种方法制得的铜中，可能含有的杂质是：

 

．
（5）若用这两种方法制取铜的质量相等，下列叙述符合实际实验结果的是

 

．
A、消耗氧化铜的质量相等         B、消耗铁的质量相等
C、消耗硫酸的质量相等           D、生成硫酸亚铁的质量不相等
（6）取用第二种方法制得的铜样品（含杂质）10g，放入50g的稀硫酸中二者恰好完全反应，然后过滤、洗涤、干燥，发现铜样品的质量为8.4g．求稀硫酸中溶质的质量分数．

Answer 1

考点：化学实验方案设计与评价,有关溶质质量分数的简单计算,根据化学反应方程式的计算

专题：溶质质量分数与化学方程式相结合的计算,简单实验方案的设计与评价

分析：根据铁、氧化铜、稀硫酸三种物质之间的反应规律分析解答，氧化铜能与稀硫酸反应生成硫酸铜，铁能置换硫酸铜溶液中的铜；铁能与稀硫酸反应生成氢气，氢气能置换氧化铜中的铜．利用两种途径的过程，书写相应的化学方程式，根据反应的物质之间量的关系进行判断，从氢气还原氧化铜，氢气必须过量，所以要使用更多锌更多硫酸，制取相同质量的铜，铜只来源于氧化铜，所以消耗的氧化铜质量相等，利用这些关系解决此题．

解答：解：（1）用铁、氧化铜、稀硫酸三种物质制取铜，实验过程中有蓝色溶液产生，因此方法是将氧化铜与硫酸反应生成硫酸铜，然后将铁与硫酸铜反应置换出铜，采用过滤法即可得到铜．故选用的装置应为CE；故填：CE；
（2）加热可以加快氧化铜和硫酸反应速率，所以可以采取加热反应物的方法来加快反应速率；故填：加热反应物；
（3）氧化铜和硫酸反应生成硫酸铜和水，硫酸铜溶液和铁反应生成硫酸亚铁和铜，反应化学方程式分别为：CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，CuSO₄+Fe=Cu+FeSO₄ ；故填：CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，CuSO₄+Fe=Cu+FeSO₄ ；
（4）第二种方法是铁与稀硫酸反应生成氢气，氢气置换氧化铜中的铜，如果氢气的量不足，就会有氧化铜剩余，所以可能含有的杂质是氧化铜；故填：氧化铜；
（5）因为整个制备过程中，所有Cu元素都能形成单质Cu，而都来自CuO，没有损失，所以①②氧化铜质量相同．
①Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，H₂+CuO

△   .

H₂O+Cu 生成1份Cu需要1份CuO和1份H₂SO₄和1份Fe
②CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，CuSO₄+Fe=Cu+FeSO₄ 生成1份Cu需要1份CuO和1份H₂SO₄和1份Fe
看上去都是相同的．特别注意用H₂还原氧化铜的时候，需要先通H₂然后加热，以将空气从玻璃管中排出．如果不排出，会引起爆炸，所以H₂的量要多一些．自然H₂SO₄和铁的量也要多一些，同时生成的硫酸亚铁质量可能不同．故选A、D．
（6）设50g的稀硫酸溶液中含硫酸的质量为X，则与硫酸反应的氧化铜的质量为：
10g-8.4g=1.6g     
CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O
80   98g   X

80

98

=

1.6g

x

X=1.96g
所以稀硫酸中溶质的质量分数=

1.96g

50g

×100%=3.92%
答：稀硫酸中溶质的质量分数为3.92%．

点评：本题考查考查较为综合，涉及物质的制备和实验设计等问题，侧重于考查学生综合运用化学知识的能力，为高考常见题型，难度中等．