Question

12．硫酸铜在纺织、印刷等行业有广泛用途．
（1）工业上可用铜屑、空气与稀硫酸在80℃条件下制备硫酸铜．
①如图1是实验室模拟工业制备硫酸铜的装置．反应的化学方程式为2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O，采用水浴加热的优点是温度易控，受热均匀，多孔球泡的作用为增大气体与溶液的接触面积，使反应充分进行．

②工业生产时可用纯氧代替空气．这一措施能加快反应速率外，还具有的优点是排除其他气体的干扰．
③实验室用H₂O₂溶液和MnO₂制备O₂，反应的化学方程式为2H₂O₂$\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2H₂O+O₂↑，在图2中，应选用的发生装置为A（填序号，下同），收集装置为D．
（2）以CuSO₄为原料制备碱式碳酸铜[Cu₂（OH）₂CO₃]的过程如图3：

①“沉淀”时的反应为：2CuSO₄+2Na₂CO₃+H₂O=Cu₂（OH）₂CO₃↓+2Na₂SO₄+CO₂↑
②检验沉淀是否洗涤干净选用的试剂是HNO₃和BaCl₂溶液（填化学式），烘干时产品中出现少量黑色物质，可能的原因为碱式碳酸铜受热分解为氧化铜．
③若所得产品的产率（产率=$\frac{产品的实际质量}{产品的理论质量}$×100%）偏高，其可能的原因为cd（填序号）
a．反应物为完全沉淀        b．过滤时滤纸破损
c．Cu₂（OH）₂CO₃未洗涤干净 d．Cu₂（OH）₂CO₃为完全烘干
④“沉淀”时若有少量5Cu（OH）₂•2CuCO₃生成，则产品中铜元素的质量分数偏大（填“偏大”“不变”或“偏小”）
（3）T℃时加热32.0g硫酸铜，一段时间后得到15.2gCuO和Cu₂O的混合物，计算该混合物中CuO的质量（写出计算过程）

Answer 1

分析 （1）①根据铜、氧气和硫酸在加热的条件下反应生成硫酸铜和水进行分析．根据水浴加热受热均匀，便于控制加热温度；图中多孔球泡的作用是：增大气体与溶液的接触面积，使反应充分进行解答；
②根据工业生产时可用纯氧代替空气．这一措施能加快反应速率外，还具有的优点是排除其他气体的干扰解答；
③实验室制取气体应依据反应物的状态和反应条件确定发生装置，依据气体的密度和溶解性确定收集装置；
（2）①据反应前后原子种类和个数不变等知识分析解答；
②故检验沉淀是否洗涤干净，可检验硫酸铬离子的存在，应选用试剂是 HNO₃和氯化钡溶液；
③若所得产品的产率（产率=$\frac{产品的实际质量}{产品的理论质量}$×100%）偏高的原因分析解答；
④根据反应前后元素的质量和种类不变解答；
（3）根据反应前后铜元素的质量相等解答．

解答 解：（1）①铜、氧气和硫酸在加热的条件下反应生成硫酸铜和水，化学方程式为：2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O．直接加热温度过高，反应温度难以控制，水浴加热，反应的温度很好控制，受热均匀，图中多孔球泡的作用是：增大气体与溶液的接触面积，使反应充分进行．
②工业生产时可用纯氧代替空气．这一措施能加快反应速率外，还具有的优点是排除其他气体的干扰；
③用双氧水制氧气应选用的制取装置是固液常温型，收集方法可以是排水法也可是向上排空气法，反应的化学方程式为：2H₂O₂$\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2H₂O+O₂↑．
（2）①反应前有2个铜原子、2个硫原子、15个氧原子、2个碳原子、4个钠原子和2个氢原子，反应后2个铜原子、0个硫原子、7个氧原子、2个碳原子、0个钠原子和2个氢原子，依据化学反应前后原子的种类和个数不变可知，2X中有4个钠原子、2个硫原子、8个氧原子，所以X化学是为Na₂SO₄；
②故检验沉淀是否洗涤干净，可检验硫酸根离子的存在，应选用试剂是 HNO₃和BaCl₂溶液；烘干时产品中出现少量黑色物质，可能的原因为碱式碳酸铜受热分解为氧化铜；
③若所得产品的产率（产率=$\frac{产品的实际质量}{产品的理论质量}$×100%）偏高，其可能的原因为
a．反应物为完全沉淀，无影响；
b．过滤时滤纸破损，产品的实际质量减少，所得产品的产率降低；
c．Cu₂（OH）₂CO₃未洗涤干净 产品的实际质量增大，所得产品的产率偏高；
d．Cu₂（OH）₂CO₃为完全烘干，所得产品的产率偏高；
④“沉淀”时若有少量5Cu（OH）₂•2CuCO₃生成，则产品中铜元素的质量分数偏大；
（3）反应前后铜元素的质量相等，
设该混合物中CuO的质量为x，则Cu₂O的质量=15.2g-x
32g×$\frac{64}{160}×100%$=x×$\frac{64}{80}×$100%+（15.2g-x）×$\frac{128}{144}$×100%
x=8g
答案：
（1）①2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O；温度易控，受热均匀；增大气体与溶液的接触面积，使反应充分进行；
②排除其他气体的干扰；
③2H₂O₂$\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2H₂O+O₂↑．A；D；
（2）①Na₂SO₄；②HNO₃和BaCl₂溶液；碱式碳酸铜受热分解为氧化铜；③cd；④偏大；
（3）混合物中CuO的质量为8g．

点评 根据生产流程图，正确理解每个过程在生产中的作用，从而达到全面掌握生产过程的目的，为解答问题做足准备．