Question

2．某化学兴趣小组探究在实验室中由Cu为原料制取CuSO₄溶液的实验方案，并进行评价分析、实验探究和方案改进．
【实验方案】
方案一：Cu$→_{△}^{O_{2}}$CuO$\stackrel{稀H_{2}SO_{4}}{→}$CuSO₄
方案二：Cu$→_{H_{2}O_{2}}^{稀H_{2}SO_{4}}$CuSO₄[Cu+H₂O₂+H₂SO₄（稀）═CuSO₄+2H₂O]
方案三：Cu$→_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$CuSO₄[Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O]
方案四：Cu$\stackrel{Fe_{2}（SO_{4}）_{3}}{→}$CuSO₄[Cu+Fe₂（SO₄）₃═CuSO₄+2FeSO₄]
方案五：Cu$→_{稀HNO_{3}}^{稀H_{2}SO_{4}}$CuSO₄[3Cu+3H₂SO₄（稀）+2HNO₃（稀）═3CuSO₄+2NO↑+4H₂O]
【评价分析】
（1）方案二与方案一相比，优点是实验的操作步骤不需要走分步进行和不需要加热．但工业上不采用方案二大量使用H₂O₂制硫酸铜的原因是成本高．
（2）方案三与方案一、二相比，缺点是生成相同质量硫酸铜时消耗硫酸多和反应会产生SO₂．生产生活中大量的SO₂排放到空气中容易形成酸雨．
【实验探究】
（3）老师设计了如下的实验方案四：

已知：①4FeSO₄+O₂+2H₂SO₄（稀）═2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O
          ②溶液中pH=3.2时Fe（OH）₃开始沉淀，实验流程中“滤渣”的化学式为Fe（OH）₃，滤渣与稀H₂SO₄反应的化学方程式为2Fe（OH）₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+6H₂O．
【方案改进】
（4）某同学针对方案五查阅资料：Cu与稀H₂SO₄和稀HNO₃的混合酸反应时，生成的无色NO气体很容易在常温下与空气中的O₂反应，生成红棕色，有刺激性气味的有毒气体NO₂：NO₂溶于H₂O时生成HNO₃和NO，工业上利用这一生产原理生产HNO₃．NO₂溶于H₂O的化学反应方程式为3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，若采用方案五制取CuSO₄溶液，根据上述查阅资料所获得的反应原理，改进的实验方案中可循环使用的物质是NO₂（填化学式）．

Answer 1

分析 （1）不同的实验方案，优缺点不同；
（2）空气中二氧化硫含量过高时，会导致产生酸雨；
（3）氢氧化铁和稀硫酸反应生成硫酸铁和水；
（4）根据反应物、生成物、反应条件及其质量守恒定律可以书写反应的化学方程式．

解答 解：（1）方案二与方案一相比，优点是实验的操作步骤不需要走分步进行和不需要加热；
但工业上不采用方案二大量使用H₂O₂制硫酸铜的原因是：需要消耗大量的过氧化氢，成本高．
故填：不需要加热；成本高．
（2）方案三与方案一、二相比，缺点是生成相同质量硫酸铜时消耗硫酸多和反应会产生SO₂；
生产生活中大量的SO₂排放到空气中时，二氧化硫能和水反应生成亚硫酸、硫酸等物质，容易形成酸雨．
故填：生成相同质量硫酸铜时消耗硫酸多；酸雨．
（3）②溶液中pH=3.2时Fe（OH）₃开始沉淀，实验流程中“滤渣”是氢氧化铁，氢氧化铁的化学式为Fe（OH）₃；
氢氧化铁与稀H₂SO₄反应生成硫酸铁和水，反应的化学方程式为；2Fe（OH）₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+6H₂O．
故填：Fe（OH）₃；2Fe（OH）₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+6H₂O．
（4）NO₂溶于H₂O时生成HNO₃和NO，反应的化学方程式为：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
若采用方案五制取CuSO₄溶液，根据上述查阅资料所获得的反应原理，改进的实验方案中可循环使用的物质是NO₂．
故填：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；NO₂．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．