Question

硫酸铜是一种应用广泛的化工原料．实验室中可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所示）．

（1）配制质量分数20%的硫酸需要100mL 98%的浓硫酸（密度为1.84g/cm³）和______mL蒸馏水．配制所需仪器除烧杯、量筒、胶头滴管外，还需要的仪器有______．
（2）图1中烧瓶中发生的离子反应方程式为______．
（3）图2是图1的改进装置，其优点有：①______；②______．
为符合绿色化学的要求，某研究性学习小组进行了如下设计：
方案1：以空气为氧化剂．将铜粉在某仪器A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．反应后，过滤、蒸发、结晶等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄?5H₂O晶体．
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Fe₂（SO₄）₃，即发生反应．反应完全后向其中先后加入物质甲、物质乙，取样检验后，过滤、蒸发、结晶，滤渣可循环使用．[已知Fe（OH）₂、Fe（OH）₃和Cu（OH）₂完全沉淀时的pH分别为9.6、3.7和6.4．]
（4）方案l中的A仅器名称是______．晶体采用酒精淋洗的优点是______．
（5）方案2中物质甲可以是______（选填答案编号，下同），物质乙可以是______．
a．Cu　　b．CuCO₃　　c．CuO　　d．氨水　　e．氯水　　f．双氧水
取样检验是为了确认Fe³⁺是否除净．有同学设计了以下两种方法：
方法①：取样于试管→滴加KSCN溶液；方法②：径向层析→喷KSCN溶液
指出你认为不合理的方法及存在的问题______．
（6）用铜粉制硫酸铜，上述方案1、方案2都不是十分理想，一种更符合绿色化学理念的是在氧气存在时用热稀硫酸与铜粉反应，其化学方程式是______．

Answer 1

解：（1）配制质量分数20%的硫酸需要100mL 98%的浓硫酸（密度为1.84g/cm³），设需要水xmL，
由配制溶液前后溶质的质量不变，则×100%=20%，解得x=717.6，浓硫酸稀释放出大量的热，应利用玻璃棒不断搅拌，
故答案为：717.6；玻璃棒；
（2）烧瓶中发生Cu与稀硝酸的氧化还原反应，离子反应为3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）由装置比较可知，装置2中多出的装置能①溶液不导管不直接接触，防止倒吸，②NO与氧气及碱反应，使有害气体能被完全吸收，故答案为：防止倒吸；有害气体能被完全吸收；
（4）由铜粉在某仪器A中反复灼烧，使铜与空气充分反应生成氧化铜，则A为坩埚，酒精与水互溶，除去晶体中的水并减少晶体溶解，则晶体采用酒精淋洗的优点是酒精与水互溶且极易挥发，减少晶体溶解，
故答案为：坩埚；酒精与水互溶且极易挥发，减少晶体溶解；
（5）由方案可知，Cu与Fe₂（SO₄）₃反应，应除去亚铁离子，则加入f将亚铁离子氧化为铁离子，再利用bc促进铁离子水解转化为沉淀而除去，确认Fe³⁺是否除净的方法①中Cu²⁺的蓝色对检验有干扰，故答案为：f；bc；方法①中Cu²⁺的蓝色对检验有干扰；
（6）在氧气存在时用热稀硫酸与铜粉反应生成硫酸铜，该化学反应为2Cu+O₂+2H₂SO₄2CuSO₄+2H₂O，故答案为：2Cu+O₂+2H₂SO₄2CuSO₄+2H₂O．
分析：（1）根据配制溶液前后溶质的质量不变计算，浓硫酸配制稀硫酸注意利用玻璃棒不断搅拌；
（2）烧瓶中发生Cu与稀硝酸的氧化还原反应；
（3）图2中中间的装置可防止倒吸，并发生氮的氧化物与水的反应；
（4）由铜粉在某仪器A中反复灼烧，使铜与空气充分反应生成氧化铜分析；酒精与水互溶，除去晶体中的水并减少晶体溶解；
（5）加入的甲为氧化剂，能氧化亚铁离子；物质乙起调节pH的作用并除杂；确认Fe³⁺是否除净应注意铜离子的颜色造成的干扰；
（6）在氧气存在时用热稀硫酸与铜粉反应生成硫酸铜，以此书写化学反应方程式．
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、盐类水解的知识来解答，综合性较强，题目难度较大．