Question

实验室用铜制备CuSO₄溶液有多种方案，某实验小组给出了以下三种方案：

请回答有关问题：
（1）甲方案：
①写出该反应的离子方程式

 

；
②为了节约原料，硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为，n（H₂SO₄）：n（HNO₃）=

 

．
（2）乙方案：将6.4g铜丝放到90mL 1.5mol?L^-1的稀硫酸中，控温在50℃．加入40mL 10%的H₂O₂，反应0.5小时，升温到60℃，持续反应1小时后，经一系列操作，得CuSO₄?5H₂O 20.0g
【已知有关摩尔质量：M（Cu）=64g/mol，M（CuSO₄?5H₂O）=250g/mol】．
①反应时温度控制在50℃～60℃，不宜过高的原因是

 

；
②本实验CuSO₄?5H₂O的产率为

 

．
（3）丙方案：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．向反应液中加少量FeSO₄，即发生反应，生成硫酸铜．反应完全后，加物质A调节pH至4，然后过滤、浓缩、结晶．
①物质A可选用以下的

 

（填序号）；
A．CaO      B．NaOH     C．CuCO₃     D．Cu₂（OH）₂CO₃     E．Fe₂（SO₄）₃
②反应中加入少量FeSO₄可加速铜的氧化，FeSO₄的作用是

 

；
（4）对比甲、乙、丙三种实验方案，丙方案的优点有（写两条）：

 

、

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,铜金属及其重要化合物的主要性质

专题：实验题

分析：（1）①Cu与稀硫酸、稀硝酸混合，Cu被氢离子和硝酸根离子氧化为 铜离子；
②当硝酸根离子恰好反应时硫酸和硝酸的物质的量之比最佳，根据离子方程式计算；
（2）①双氧水不稳定，受热易分解；
②假设Cu完全转化为硫酸铜，根据Cu原子守恒计算生成的硫酸铜晶体的质量，用实际生成的硫酸铜的质量比理论值即是CuSO₄?5H₂O的产率；
（3）①调节pH时不能引入新的杂质；
②加入少量FeSO₄可加速铜的氧化，FeSO₄不参与反应，作催化剂；
（4）通过原料的利用率和副产物对环境的影响分析．

解答： 解：（1）①Cu与稀硫酸、稀硝酸混合，Cu被氢离子和硝酸根离子氧化为铜离子，其反应的离子方程式为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
②当硝酸根离子恰好反应时硫酸和硝酸的物质的量之比最佳，由离子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O 可知，反应中消耗2molNO₃^-，需要8molH⁺，硝酸电离2mol，另外6mol氢离子由硫酸提供，则硫酸为3mol，所以硫酸和硝酸的物质的量之比为3：2，故答案为：3：2；
（2）①双氧水不稳定，受热易分解，所以反应时温度控制在50℃～60℃，不宜过高，防止双氧水分解造成损耗，
故答案为：双氧水受热易分解造成损耗；
②6.4g铜丝即0.1mol，放到90mL 1.5mol?L^-1的稀硫酸中，控温在50℃．加入40mL 10%的H₂O₂，反应0.5小时，升温到60℃，持续反应1小时后，经一系列操作，假设Cu完全转化为硫酸铜，则得CuSO₄?5H₂O为0.1mol，即m（CuSO₄?5H₂O）=nM=0.1mol×250g/mol=25.0g，
已知实际上CuSO₄?5H₂O为 20.0g，则产率为

20.0g

25.0g

×100%=80%；
故答案为：80%；
（3）①调节pH时不能引入新的杂质，用NaOH、CaO调节pH会引入钠离子、钙离子，Fe₂（SO₄）₃不能增大溶液的pH，所以选用CuCO₃ 或Cu₂（OH）₂CO₃；
故答案为：CD；
②加入少量FeSO₄可加速铜的氧化，FeSO₄不参与反应，所以在制备过程中FeSO₄作催化剂；故答案为：作催化剂；
（4）甲方案中会生成NO，会污染环境；乙方案需要加热，消耗双氧水，Cu不能完全转化；丙方案对环境无污染，原料利用率高，故答案：无污染；原料利用率高．

点评：本题考查了物质制备方案设计和评价，侧重于考查学生的实验探究能力和数据处理能力，注意把握Cu与硝酸、硫酸反应的离子方程式，题目难度中等．