题目内容

7．某研究性学习小组利用废铜制取CuSO4：
（1）甲学生进行了下列实验：取含6.4g铜的废铜和10ml　18ml•L-1浓硫酸放在圆底烧瓶中共热，起到反应完毕，最后发现烧瓶中还有铜片剩余．他根据自己所学的化学知识，认为烧瓶中还有较多的硫酸剩余．你认为他的判断是否正确是，其理由是：随着反应的进行硫酸浓度变小，稀硫酸不与铜反应．写出相关的化学方程式：Cu+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2+2H2O．
（2）乙同学认为甲设计的实验方案不好，他自己设计的思路是：2Cu+O2═2CuO；CuO+H2SO4
═CuSO4+H2O．对比甲的方案，乙同学的优点是：硫酸用量少，且没有污染物SO2产生．
（3）丙同学采用向含有废铜屑的热的稀H2SO4中，不断通入空气也能制备CuSO4，请写出相关的化学方程式：2Cu+O2+2H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO4+2H2O．

分析 （1）铜与浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫气体和水；由于只有浓硫酸才能和铜反应．而随着反应的进行硫酸浓度变小，稀硫酸不与铜反应，所以有硫酸剩余；
（2）从反应的理论可行性，实际可操作性，经济廉价性，环保安全性等方面进行考虑分析，对比甲乙反应过程分析可知，甲：浓硫酸直接核铜反应，会产生SO2，污染环境，且硫酸的用量也多，乙同学设计的制备过程，生成等量的硫酸铜消耗硫酸最少，反应过程中无二氧化硫污染气体生成；
（3）铜和稀硫酸混合在加热的条件下不断通入空气，反应生成硫酸铜与水．

解答 解：（1）在加热条件下，铜与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫气体和水，反应方程式为：Cu+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O，铜在金属活动顺序表中排在氢的后面，不与稀硫酸反应，由于只有浓硫酸才能和铜反应．而随着反应的进行硫酸浓度变小，稀硫酸不与铜反应，所以烧瓶中还有较多的硫酸剩余，
故答案为：是；随着反应的进行硫酸浓度变小，稀硫酸不与铜反应；Cu+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O；
（2）对比两种设计方案：甲：Cu+2H2SO4（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO2↑+CuSO4+2H2O，
乙：2Cu+O2 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO、CuO+H2SO4=CuSO4+H2O，可以看出制取等量的硫酸铜，乙方案消耗的硫酸少，并且产物中没有有毒气体，
故答案为：硫酸用量少，且没有污染物SO2产生；
（3）铜和稀硫酸混合在加热的条件下不断通入空气，反应生成硫酸铜与水，方程式为2Cu+O2+2H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO4+2H2O．
故答案为：2Cu+O2+2H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO4+2H2O．

点评 本题通过利用废铜制取CuSO4考查浓硫酸的化学性质和绿色化学，侧重考查硫酸铜制备的方案评价，注意实验方案设计应理论正确、操作简单可行、经济节约、绿色环保，题目难度中等．

练习册系列答案
相关题目
1．下列关于摩尔的说法中，正确的是（　　）
A．摩尔是表示物质质量的单位
B．摩尔是国际七个基本物理量之一
C．用摩尔表示物质的量时，要用化学式指明粒子种类
D．摩尔既是物质的量的单位，又是粒子的数量单位
2．实验室可以用KMnO4固体和浓盐酸反应制取氯气，反应方程式如下：2KMnO4+16HCl（浓）═2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
（1）请用“双线桥”标出电子转移的方向和数目：
（2）在该反应中，氧化剂是KMnO4；
（3）当有0.2mol电子发生转移时，生成氯气的体积为2.24L（标准状况），发生反应的KMnO4的质量为6.32g．
15．柠檬酸亚铁（FeC6H6O7）是一种易吸收的高效铁制剂，可由绿矾（FeSO4•7H2O）通过下列反应制备：FeSO4+Na2CO3═FeCO3↓+Na2SO4；FeCO3+C6H8O7═FeC6H6O7+CO2↑+H2O．
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L-1计算）．
金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pH
Fe3+1.13.2
Al3+3.05.0
Fe2+5.88.8
（1）制备FeCO3时，选用的加料方式是c（填字母），原因是避免生成Fe（OH）2沉淀．
a．将FeSO4溶液与Na2CO3溶液同时加入到反应容器中
b．将FeSO4溶液缓慢加入到盛有Na2CO3溶液的反应容器中
c．将Na2CO3溶液缓慢加入到盛有FeSO4溶液的反应容器中
（2）生成的FeCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是取最后一次的洗涤滤液1～2mL于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净．
（3）将制得的FeCO3加入到足量柠檬酸溶液中，再加入少量铁粉，80℃下搅拌反应．
①铁粉的作用是防止+2价的铁元素被氧化．
②反应结束后，无需过滤，除去过量铁粉的方法是加入适量柠檬酸让铁粉反应完全．
（4）最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥，获得柠檬酸亚铁晶体．分离过程中加入无水乙醇的目的是降低柠檬酸亚铁在水中的溶解量，有利于晶体析出．
2．实验室制备溴苯可用如图所示的装置，填写下列空白：
（1）关闭F夹，打开C夹，在装有少量苯的三口烧瓶中由A口加入少量溴，再加入少量铁屑，塞住A口，反应一段时间制的溴苯．溴苯是一种密度比水大（填”小”或”大”）的无色液体，在实验中因为溶有Br2而显褐色．则三口烧瓶中发生反应的化学方程式为2Fe+3Br2=2FeBr3和．
（2）D、E试管内出现的现象为D管石蕊试液变红，E管出现浅黄色沉淀．
（3）待三口烧瓶中的反应进行到仍有气泡冒出时松开F夹，关闭C，可以看到的现象是水倒流进三口烧瓶．
（4）三口烧瓶中的溴苯经过下列步骤分离提纯：
①向三口烧瓶中加入10mL水，然后过滤除去未反应的铁屑；
②滤液依次用10mL水、8mL10%的NaOH溶液、10mL水洗涤．NaOH溶液洗涤的作用是吸收HBr和Br2；
③向分出的粗溴苯中加入少量的无水氯化钙，静置、过滤．加入氯化钙的目的是_干燥．
（5）经过上述分离操作后，粗溴苯中还含有的主要杂质为苯，要进一步提纯，下列操作中必须的是C（填入正确选项前的字母）：
A．重结晶 B．过滤 C．蒸馏 D．萃取．
12．实验室里用如图所示仪器和药品来制取纯净的无水氯化铜．图中A、B、C、D、E、F表示玻璃管接口，接口的弯曲和伸长等部分未画出．根据要求填写下列各小题空白．
序号①②③④⑤⑥
仪
器
及
装
置
图
（1）如果所制气体从左向右流动时，上述各仪器装置的正确连接顺序是（填各装置的序号）3接5接4接2接1接6．
（2）装置②的作用是干燥氯气；
（3）装置④的作用是除去氯气中的氯化氢；
（4）装置⑥中发生反应的离子方程式是Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O．
（5）实验开始时，应首先检验装置的检验装置气密性，实验结束时，应先熄灭①处的酒精灯．
（6）在装置⑤的烧瓶中，发生反应的化学方程式为MnO2+4HCl$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O．
19．人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程．
Ⅰ．最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）实验氮的固定-一电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率．
总反应式为N2+3H2$?_{一定条件下}^{SCT陶瓷}$2NH3．则在电解法合成氨的过程中，应将H2不断地通入阳极（填“阴”或“阳”）；向另一电极通入N2，该电极的反应式为N2+6H++6e-=2NH3．
Ⅱ．据报道，在一定条件下，N2在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，主要产物为NH3．相应的反应方程式为：2N2（g）+6H2O（g）?4NH3（g）+3O2（g）△H=Q
（1）上述反应的平衡常数表达式为$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}O）}$．
（2）取五份等体积N2和H2O的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入体积相同的恒容密闭容器中，在温度不相同的情况下发生反应，反应相同时间后，测得氮气的体积分数φ（N2）与反应温度T的关系曲线如图1所示，则上述反应的Q＞0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）若上述反应在有催化剂的情况下发生，则图2所示的a、b、c、d四条曲线中，能表示反应体系能量变化的是d（填字母代号），图中△H绝对值为1530kJ•mol-1．

Ⅲ．在一定温度下，将1molN2和3mol H2混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8mol．
（1）达平衡时，H2的转化率a1=60%．
（2）在相同条件下，若起始时只将NH3置于该容器中，达到平衡状态时NH3的转化率为a2，当a1+a2=1时，则起始时NH3的物质的量n（NH3）=2mol．
16．某化学小组以苯甲酸为原料制取苯甲酸甲酯．已知苯甲酸25℃时的溶解度为0.35g．
I．制取苯甲酸甲酯：实验装置如下：

（1）写出制取苯甲酸甲酯的化学方程式：C6H5COOH+CH3OH$\frac{\underline{\;浓硫酸\;}}{△}$C6H5COOCH3+H2O．
（2）第一步温和回流制备苯甲酸甲酯时，冷凝管的冷却水的进口为下口（填“上”或“下”），冷凝管的作用为冷凝回流，这样做的好处为提高反应物转化率或提高产率或防止反应物挥发．
（3）根据化学计量数之比，反应物甲醇应过量，其理由是提高较贵的苯甲酸的转化率．
（4）冷却后的粗产品中加入25mL水的目的是除去粗产品中混有的甲醇，将分液后的下层液体加入到1g Na2CO3中的目的是：
①吸收酯中的水并抑制酯的溶解；
②将苯甲酸转化为高沸点难挥发的苯甲酸钠．
Ⅱ．苯甲酸甲酯有多种同分异构体，其中一种同分异构体在苯环上有两个相邻侧链且与苯甲酸甲酯具有相同官能团；写出该化合物与足量NaOH溶液共热的化学方程式：．
17．Ca原子的摩尔质量是40g/mol，1molCaCO3的质量是100g，1mol CaCO3含有1.806×1024个氧原子．

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