题目内容


硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料。铜不能与稀硫酸直接反应,本实验中将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中,加热使之反应完全,通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体(装置如图1、2所示)。
    
(1)图1烧瓶中发生的离子反应方程式为:                                      
(2)图2是图1的改进装置,其优点有:
①                          ;②                                      。
(3)为符合绿色化学的要求,某研究性学习小组进行如下设计:
方案1:以空气为氧化剂。将铜粉在仪器B中反复灼烧,使铜与空气充分反应生成氧化铜,再将氧化铜与稀硫酸反应。
方案2:将空气或氧气直接通入到铜粉与稀硫酸的混合物中,发现在常温下几乎不反应。向反应液中加FeSO4或Fe2(SO4)3,即发生反应。反应完全后向其中加物质甲调节pH到3~4,产生Fe(OH)3沉淀,过滤.蒸发.结晶,滤渣作催化剂循环使用。(已知Fe(OH)3和Cu(OH)2完全沉淀时的pH分别为3.7.6.4。)
请回答下列问题:
①方案1中的B仪器名称是            。
②方案2中甲物质是   (填字母序号)。a.CaO   b.CuCO3   c.CaCO3    d.NH3▪H2O
以加入FeSO4为例,用离子方程式解释反应发生的原因                                   
                                            。
方案3 :将3.2g铜丝放到45 mL 1.5mol/L的稀硫酸中,控温在50℃。加入18mL 10%的H2O2,反应0.5小时后,升温到60℃,持续反应1 小时后,过滤.蒸发结晶.减压抽滤等,用少量95%的酒精淋洗后晾干,得CuSO4·5H2O10.6g。
③上述三种方案中,更符合绿色化学理念的是       ,(填方案1、方案2、方案3)
理由是                     .                       .                   。


【知识点】制备实验方案的设计、性质实验方案的设计

【答案解析】(1)Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O

或3Cu+8H++2NO3- =3Cu2++2NO↑+4H2O; (2分)

(2)①  防止倒吸   (1分) ②    有害气体能被完全吸收    (1分)

(3)① 坩埚     (1分)    ②  b    (1分)

 4Fe2+ + O2 + 4 H+  ==  4Fe3+ + 2H2O  (2分)   2Fe3+ + Cu  == 2Fe2+  + Cu2+ (2分)

③  方案3  (1分)方案一需要灼烧,多消耗能源;方案二所得产品含有铁元素杂质;方案三几乎不产生有害气体,且所得产品纯度较高。(各1分)

解析:(1)铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,随着反应的进行,浓硝酸变成稀硝酸,稀硝酸和铜反应生成硝酸铜和一氧化氮、水,反应方程为:Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O或3Cu+8H++2NO3- =3Cu2++2NO↑+4H2O;

(2) 反应中产生的尾气主要为NO,由于NO与NaOH溶液不反应,故应向氢氧化钠溶液中通入空气(氧气),装置2中在尾气吸收装置之前连接集气瓶,通入氧气有利于氮氧化合物的吸收,同时起安全瓶作用,防止倒吸。

(3))①高温灼烧固体应在坩埚中进行,方案1将铜粉在坩埚中反复灼烧,因此B仪器应为坩埚.
②由于溶液酸性较强,欲使Fe3+沉淀,需加入某种试剂降低c(H+)浓度,但又不能引入新杂质.
a.CaO降低c(H+)浓度,引入钙离子,故ac错误;
b.CuCO3 降低c(H+)浓度,不引入新杂质,过量的CuCO3 可以过滤除去,故b正确;
c.CaCO3 引入钙离子,故c错误;
d.NH3▪H2O会生成氢氧化铜沉淀,故d错误.

加入FeSO4为例,用离子方程式解释反应发生的原因:4Fe2+ + O2 + 4 H+  ==  4Fe3+ + 2H2O

   2Fe3+ + Cu  == 2Fe2+  + Cu2+
③上述三种方案中,更符合绿色化学理念的是方案三,理由是:方案一需要灼烧,多消耗能源;方案二所得产品含有铁元素杂质;方案三几乎不产生有害气体,且所得产品纯度较高。

【思路点拨】本题考查学生对实验原理的理解、实验方案的评价、实验装置的理解与评价、常用化学用语、物质推断、实验条件控制等,难度中等,实验方案设计,应根据实验目的思考实验原理,根据实验原理中反应物的状态和反应条件确定试剂和装置,通过比较和评价优选最佳实验方案。


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