Question

4．下面是一些实验室制备硫酸铜的实验设计．
实验一：用铜与浓硫酸反应制取硫酸铜．
实验二：将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全制取硫酸铜．（装置如下图中的图I．图Ⅱ）．

实验三：将铜粉在某仪器中反复灼烧，使铜粉充分与空气发生反应生成氧化铜，再将氧化铜与稀硫酸反应，经后续步骤可得到硫酸铜晶体．
实验四：向铜粉和稀硫酸的混合物中加入H₂O得到硫酸铜．
请回答实验中的有关问题．
（1）实验一中发生反应的化学反应方程式为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，这种方法的缺点是生成物对环境造成污染．
（2）实验二装置图中分液漏斗里盛装的液体是浓硝酸．图Ⅱ是图I的改进装置，分析图II装置的优点是有利于氮氧化合物的吸收、防止倒吸．
（3）实验三中用于灼烧的仪器名称是坩埚．该实验中的后续步骤指的是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（4）实验四中发生反应的化学方程式为Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O．
（5）除上面的实验设计外，请你再设计一种只用铜和稀硫酸为原料制取硫酸铜的方法（写出化学反应方程式）．Cu+H₂SO₄$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$CuSO₄+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）铜与浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫；
（2）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，判断分液漏斗中装的液体；在尾气吸收装置之前连接集气瓶，通入氧气有利于氮氧化合物的吸收，同时起安全瓶作用；
（3）高温灼烧固体应在坩埚中进行；通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体；
（4）铜与双氧水、硫酸反应生成硫酸铜；
（5）一般条件下，铜与稀硫酸不反应，必须在外加电场的作用下让其反应．所以得设计一个电解池来完成．

解答 解：（1）铜与浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，二氧化硫污染环境，故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；生成物对环境造成污染；
（2）由题目信息，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，故分液漏斗中装的液体为浓硝酸；反应中产生的尾气主要为NO，由于NO与NaOH溶液不反应，故应向氢氧化钠溶液中通入空气（氧气），图II装置中在尾气吸收装置之前连接集气瓶，通入氧气有利于氮氧化合物的吸收，同时起安全瓶作用，防止倒吸，
故答案为：浓硝酸；有利于氮氧化合物的吸收、防止倒吸；
（3）高温灼烧固体应在坩埚中进行，因此仪器应为坩埚；通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铜晶体，故答案为：坩埚；蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（4）铜与双氧水、硫酸反应生成硫酸铜，化学方程式为：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O，故答案为：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
（5）铜与稀硫酸不反应，必须在外加电场的作用下让其反应，可以设计一个电解池，化学反应方程式：Cu+H₂SO₄$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$CuSO₄+H₂↑，故答案为：Cu+H₂SO₄$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$CuSO₄+H₂↑．

点评 本题考查硫酸铜制备实验方案的设计，明确装置的作用及发生的氧化还原反应是解答本题的关键，注意除杂的方法及物质的成分、性质的差异来解答，综合性较强，题目难度较大．