Question

12．某化学兴趣小组提出可以用含铜废料制备蓝色胆矾（CuSO₄•XH₂O）．
【查阅资料】
Ⅰ．过氧化氢在常温下会缓慢分解为氧气和水．对其水溶液加热、光照或加催化剂（如MnO₂）都会促进其分解．
Ⅱ．CuSO₄•XH₂O易溶于水、难溶于酒精，加热时会逐步失去结晶水，最终生成CuSO₄．
Ⅲ．白色粉末CuSO₄易与水化合生成CuSO₄•XH₂O．
【硫酸铜晶体的制备】
方案1：甲同学根据已学知识，提出了制备硫酸铜方案：

方案2：乙同学查阅资料归纳出一种工业制备硫酸铜的流程：

（1）上述方案1中加热搅拌的作用是加快反应速率使反应更加充分，形成蓝色溶液的反应化学方程式是CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O．
（2）方案2中，加入H₂O₂后要求温度控制在50℃到60℃是为了防止双氧水受热分解．
（3）从环保角度对两套方案的不同部分进行比较，你认为方案2（填“1”或“2”）更合理．理由是：避免灼烧废料对环境产生污染．
（4）方案中“一系列操作”依次为：过滤、A、冷却结晶、D（填序号）．
A．蒸发浓缩     B．加水稀释    C．加水溶解    D．过滤
（5）溶液M、N都是CuSO₄的饱和（选填“饱和”、“不饱和”或“不一定饱和”）溶液；向其中加入无水CuSO₄，均会析出硫酸铜晶体，这是因为硫酸铜与水反应，导致硫酸铜饱和溶液中水分减少析出晶体．
（6）所得硫酸铜晶体需要洗涤后晾干，最合适的洗涤试剂是（填序号）B，
理由是硫酸铜难溶于酒精．
A．冷蒸馏水        B.95%的酒精           C．热蒸馏水
【硫酸铜晶体（CuSO₄•xH₂O）中结晶水（xH₂O）含量的测定】
兴趣小组取12.5g硫酸铜晶体（CuSO₄•xH₂O）进行加热分解，获得相关数据，并绘制成固体质量与温度的关系图．

（7）258℃时，固体完全变成白色粉末． 根据图中数据，计算CuSO₄•xH₂O中x 的值为5．
（8）加热过程中，硫酸铜晶体分步失去结晶水．写出45℃～110℃时发生反应的化学方程式CuSO₄•4H₂O$\frac{\underline{\;45℃-110℃\;}}{\;}$CuSO₄•H₂O+3H₂O．
（9）580℃以上时，硫酸铜粉末就会发生分解，生成黑色金属氧化物、二氧化硫及氧气，此反应的化学方程式为2CuSO₄$\frac{\underline{\;580℃以上\;}}{\;}$2CuO+2SO₂↑+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）根据方案1中加热搅拌的作用是加快反应速率，同时使反应进行更彻底以及氧化铜和硫酸反应生成硫酸铜和水进行解答；
（2）根据方案2中，加入H₂O₂后要求温度控制在50℃到60℃是为了防止H₂O₂受热分解进行解答；
（3）根据两个方案的比较，看是否有污染或考虑产量问题；
（4）根据得到硫酸铜晶体需要的步骤进行解答；
（5）根据有晶体析出，说明该溶液是饱和溶液进行解答；
（6）根据用水洗涤可以溶解硫酸铜晶体，使硫酸铜晶体有损失进行解答；
（7）根据由图示数据和“到t₁℃时该固体完全失去结晶水”可知，结晶水的质量为：12.50g-8.0g=4.5g，根据结晶水的质量计算出硫酸铜晶体中结晶水的个数；
（8）根据加热过程中，硫酸铜晶体分步失去结晶水．所以45℃到110℃时是四水硫酸铜受热分解生成一水硫酸铜和水进行解答；
（9）根据580℃以上时，硫酸铜粉末就会发生分解，生成黑色金属氧化物氧化铜、二氧化硫及氧气进行解答．

解答 解：（1）方案1中加热搅拌的作用是加快反应速率，同时使反应进行更彻底；铜灼烧后变成氧化铜，氧化铜与硫酸反应生成硫酸铜和水，所以方程式是：CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O；
（2）H₂O₂受热易分解，温度应该控制在50℃到60℃之间，防止H₂O₂受热分解；
（3）从环保角度对两套方案的不同部分进行比较，甲方案第一步灼烧会产生污染空气的气体，粉尘，烟雾，由此可知方案2更合理；
（4）方案中“一系列操作”依次为：过滤、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到硫酸铜晶体；
（5）有晶体析出，说明该溶液是饱和溶液，所以溶液M、N都是CuSO₄的饱和溶液，向其中加入无水CuSO₄，均会析出硫酸铜晶体，这是因为硫酸铜粉末与水化合后，饱和溶液中溶剂减少；
（6）用水洗涤可以溶解硫酸铜晶体，使硫酸铜晶体有损失，所以所得硫酸铜晶体需要洗涤后晾干，最合适的洗涤试剂是95%的酒精；
（7）由图示数据和“到t₁℃时该固体完全失去结晶水”可知，结晶水的质量为：12.50g-8.0g=4.5g
CuSO₄•xH₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+xH₂O↑．
160+18x               18x
12.50g                 4.5g
$\frac{160+18x}{18x}=\frac{12.50g}{4.5g}$
x=5；
（8）加热过程中，硫酸铜晶体分步失去结晶水，由图示可知，m（CuSO₄）=8.0g，45℃时固体减少的质量=12.50g-11.60g=0.9g，设45℃时失去结晶水的相对分子质量为M₁，则有$\frac{8.0g}{160}=\frac{0.9g}{{M}_{1}}$，得M₁=18，即失去一个结晶水，所以45℃时硫酸铜晶体的化学式为CuSO₄•4H₂O，设110℃时失去结晶水的相对分子质量为M₂，则有$\frac{8.0g}{160}=\frac{12.50g-8.90g}{{M}_{2}}$，得M₂=72，即失去4个结晶水，所以110℃时硫酸铜晶体的化学式为CuSO₄•H₂O，因此45℃到110℃时的反应方程式为：CuSO₄•4H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄•H₂O+3H₂O↑；
（9）580℃以上时，硫酸铜粉末就会发生分解，生成黑色金属氧化物氧化铜、二氧化硫及氧气，反应方程式为：2CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂↑+O₂↑．
故答案为：
（1）加快反应速率使反应更加充分；CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
（2）双氧水受热分解；
（3）2；避免灼烧废料对环境产生污染；
（4）A；D；
（5）饱和；硫酸铜与水反应，导致硫酸铜饱和溶液中水分减少析出晶体；
（6）B；硫酸铜难溶于酒精；  
（7）5；
（8）CuSO₄•4H₂O $\frac{\underline{\;45℃-110℃\;}}{\;}$CuSO₄•H₂O+3H₂O；
（9）2CuSO₄ $\frac{\underline{\;580℃以上\;}}{\;}$2CuO+2SO₂↑+O₂↑．

点评 该题为硫酸铜的知识为线索，考查了多方面的知识，综合性很强，难度较大．