Question

某课外活动小组用铜屑制取五水合硫酸铜晶体．已知硫酸铜和硝酸铜的溶解度数据如下表：

T/℃	0	20	40	60	80	100
硫酸铜/g	14.8	20.5	28.5	39.6	53.6	73.0
硝酸铜/g	83.5	125.0	163.0	182.0	208.0	247.0

（1）课外活动小组设计的实验步骤如下：
①用灼烧法除去铜屑表面的有机物和油污．灼烧时需要使用到的仪器有

 

．
A．烧杯   B．酒精灯   C．泥三角    D．蒸发皿    E．坩埚    F．漏斗
②将灼烧后的固体置于烧杯中，向其中加入一定量的硫酸，将烧杯放置在通风橱中加热，并向其中分批加入适量浓硝酸，直至反应结束，滤去少量不溶物．发生反应的化学方程式为：

 

．
③将所得滤液用水浴加热蒸发浓缩，待看到

 

时，停止加热，冷却过滤得硫酸铜晶体．本操作采用水浴加热的原因

 

．
④除去硫酸铜晶体中含有的少量硝酸铜．可以用

 

法提纯硫酸铜晶体．
（2）该活动小组设计的制备硫酸铜晶体的实验方案，主要存在问题是消耗的酸多、产生的气体污染空气．请你重新设计一种经济、环保的实验方案：

 

．

Answer 1

考点：铜金属及其重要化合物的主要性质,制备实验方案的设计

专题：几种重要的金属及其化合物

分析：（1）①灼烧时将瓷坩埚置于泥三角上，用酒精灯进行加热；
②灼烧后的固体主要为铜，加入一定量的硫酸，不发生反应，当向其中分批加入适量浓硝酸时，溶液中有H⁺和NO₃^-，这时铜和H⁺和NO₃^-进行反应，直至铜反应结束；
③当晶膜出现时为饱和溶液，停止加热，冷却结晶能析出晶体，水浴加热能保持温度恒定，防止晶体分解；
④根据固体混合物中目标组分在某种溶剂中的溶解度随温度变化有明显差异，在较高温度下溶解度大，降低温度时溶解度小，从而用重结晶分离提纯；
（2）从安全、节约、环保等方面来设计，将铜屑在空气中灼烧氧化为CuO，再将CuO与硫酸反应，最后将所得溶液蒸发、结晶得CuSO₄?5H₂O，这样既没有产生污染气体，而且原料的利用率也高．

解答： 解：（1）①用坩埚加热固体时应将坩埚放在泥三角上加热，用酒精灯进行加热，故答案为：BCE；   
②灼烧后的固体主要为铜，加入一定量的硫酸，不发生反应，当向其中分批加入适量浓硝酸时，溶液中有H⁺和NO₃^-，这时铜和H⁺和NO₃^-进行反应，直至铜反应结束，故反应方程式为：Cu+2HNO₃+H₂SO₄═CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O，故答案为：Cu+2HNO₃+H₂SO₄═CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O；
③等晶膜出现时为饱和溶液，停止加热，冷却结晶能析出晶体，水浴加热能保持温度恒定，防止CuSO₄?5H₂O晶体分解，
故答案为：溶液表面有晶膜出现；控制温度，防止CuSO₄?5H₂O分解；
④因CuSO₄?5H₂O含有杂质Cu（NO₃）₂?xH₂O，但Cu（NO₃）₂?xH₂O溶解度随温度变化不大，故可用重结晶法提纯，故答案：重结晶；
（2）从安全、节约、环保等方面来设计，将铜屑在空气中灼烧氧化为CuO，再将CuO与硫酸反应，最后将所得溶液蒸发、结晶得CuSO₄?5H₂O，这样既没有产生污染气体，而且原料的利用率也高；故答案为：将铜屑在空气中灼烧氧化为CuO，再将CuO与硫酸反应，最后将所得溶液蒸发、结晶得CuSO₄?5H₂O．

点评：本题考查制备实验方案的设计及物质的分离、提纯，明确实验目的，坚持绿色化学是解答的关键，结合物质的性质及反应原理即可解答，题目难度中等．