Question

1．硫酸铜在农业生产和生活中都有重要的应用，请回答下列问题：
（1）铜与浓硫酸共热是制备硫酸铜的方法之一，写出反应的化学方程式：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O． 但该反应生成的气体污染环境．为避免环境污染，可在铜粉与稀硫酸的混合物中通入热空气，反应的总化学方程式为2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O．
（2）将铜粉置于稀硫酸中不发生反应，加入双氧水，则铜粉可逐渐溶解．写出反应的离子方程式：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O
（3）将适量稀硫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、结晶可得到硫酸铜晶体，为了节约原料，H₂SO₄和HNO₃的物质的量之比最佳为3：2．
（4）用惰性电极电解硫酸铜溶液，实验装置如图甲所示．图乙是电解过程产生气体的总体积V与转移电子的物质的量n（e^-）的关系图．电解过程中，a电极的现象是先有红色物质析出，后有气泡产生；b电极的电极反应式为4OH^--4e^-═H₂O+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）铜与浓硫酸共热生成硫酸铜、二氧化硫和水；铜粉与稀硫酸的混合物中通入热空气，反应生成硫酸铜和水；
（2）酸性环境下双氧水具有氧化性，能将金属铜氧化；
（3）依据铜和稀硝酸反应的离子方程式，理解反应实质氢离子是硫酸和硝酸提供；
（4）由图可知，电流由正极流向负极，则b为阳极，a为阴极，惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，发生2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，结合图2可知，通过0.2mol电子时电解硫酸铜，然后电解硫酸溶液，发生2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，据此分析．

解答 解：（1）铜与浓硫酸共热的化学方程式：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，铜粉与稀硫酸的混合物中通入热空气，反应生成硫酸铜和水，方程式为：
2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
（2）金属铜在酸性环境下和双氧水的反应为：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O，故答案为：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；
（3）验室用铜制取硫酸铜，将适量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，反应的离子方程式为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，依据离子反应实质，氢离子是硝酸和硫酸共同提供，氢离子分析可知最佳比为6：2，所以硫酸和硝酸物质的量之比最佳为3：2；故答案为：3：2；
（4）由图可知，电流由正极流向负极，则b为阳极，a为阴极，惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，发生2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，结合图2可知，通过0.2mol电子时电解硫酸铜，然后电解硫酸溶液，发生2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，所以a为阴极，先发生Cu²⁺+2e^-═Cu，后发生2H⁺+2e^-═H₂↑，a电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生；b为阳极，溶液中的氢氧根离子放电，则b电极上发生的反应方程式为：4OH^--4e^-═H₂O+O₂↑，
故答案为：先有红色物质析出，后有气泡产生；4OH^--4e^-═H₂O+O₂↑．

点评 本题考查了硫酸铜的制备，电解过程的分析，侧重方程式的书写，题目综合性强，需要扎实的基础知识，题目难度中等．