Question

16．某课外兴趣小组探究利用废铜屑制取CuSO₄溶液，设计了以下几种实验方案：
方案一：以铜和浓硫酸反应制备硫酸铜溶液．方案二：将废铜屑在空气中灼烧后再投入稀硫酸．和方案一相比，方案二的优点是不产生污染空气的SO₂气体，制取等量的CuSO₄溶液，消耗的硫酸量少；
方案二的实验中，发现容器底部残留少量紫红色固体，再加入稀硫酸依然不溶解，该固体为Cu．

（1）方案三的实验流程如图1所示：溶解过程中有气体放出，该气体是O₂．随着反应的进行，生成气体速度加快，推测可能的原因反应产生的Cu²⁺对H₂O₂分解有催化作用．
（2）设计实验证明你的推测取H₂O₂溶液，向其中滴加CuSO₄溶液，观察产生气泡的速率是否加快．
（3）方案四的实验流程如图2所示：为了得到较纯净的硫酸铜溶液，硫酸和硝酸的物质的量之比应为3：2．
（4）对方案四进行补充完善，设计一个既能防止污染，又能实现物料循环的实验方案（用流程图表示）．

Answer 1

分析 方案一：第一个方案中放出的有毒气体二氧化硫会造成对空气的污染；第二个方案铜和氧气加热生成氧化铜，氧化铜和硫酸反应产生硫酸铜和水，因此反应过程中没有污染物，且原料的利用率高，方案二的实验中，发现容器底部残留少量紫红色固体，为铜，不溶于稀硫酸；
方案二：（1）方案三的实验流程如图1中，双氧水反应氧化还原反应生成O₂；随着反应的进行，生成气体速度加快，可能是反应产生的Cu²⁺对H₂O₂分解有催化作用；
（2）取H₂O₂溶液，向其中滴加CuSO₄溶液，如果产生气泡的速率加快，则证明Cu²⁺对H₂O₂分解有催化作用，否则，没有；
（3）根据离子方程式，3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，反应消耗2mol硝酸，生成3mol硫酸铜，故为了得到较纯净的硫酸铜溶液，硫酸和硝酸的物质的量之比应为3：2；
（4）设计实验方案时，为防止NO污染空气，应通入空气氧化NO为NO₂，用水吸收后，生成HNO₃再循环利用．

解答 解：方案一：第一个方案中放出的有毒气体二氧化硫会造成对空气的污染；第二个方案铜和氧气加热生成氧化铜，氧化铜和硫酸反应产生硫酸铜和水，因此反应过程中没有污染物，且原料的利用率高，方案二的实验中，发现容器底部残留少量紫红色固体，为铜，不溶于稀硫酸；
故答案为：不产生污染空气的SO₂气体，制取等量的CuSO₄溶液，消耗的硫酸量少；Cu；
方案二：（1）方案三的实验流程如图1中，双氧水反应氧化还原反应生成O₂；随着反应的进行，生成气体速度加快，可能是反应产生的Cu²⁺对H₂O₂分解有催化作用，
故答案为：O₂；反应产生的Cu²⁺对H₂O₂分解有催化作用；
（2）取H₂O₂溶液，向其中滴加CuSO₄溶液，如果产生气泡的速率加快，则证明Cu²⁺对H₂O₂分解有催化作用，否则，Cu²⁺对H₂O₂分解没有催化作用；
故答案为：取H₂O₂溶液，向其中滴加CuSO₄溶液，观察产生气泡的速率是否加快；
（3）根据离子方程式，3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，反应消耗2mol硝酸，生成3mol硫酸铜，故为了得到较纯净的硫酸铜溶液，硫酸和硝酸的物质的量之比应为3：2，故答案为：3：2；
（4）设计实验方案时，为防止NO污染空气，应通入空气氧化NO为NO₂，用水吸收后，生成HNO₃再循环利用，
，故答案为：．

点评 此题难度较大，依据题目的要求结合反应原理分析即可；分析一个反应的可行性要从多方面分析，如从反应的可行性，环保安全，操作简便，经济节能方面考虑．