Question

4．某探究小组以硫酸和铜为原料设计如下四种制硫酸铜晶体的路线：
甲：Cu$\stackrel{浓H_{2}SO_{4}、△}{→}$CuSO₄溶液$\stackrel{后续操作}{→}$CuSO₄•5H₂O$\stackrel{灼烧}{→}$CuSO₄
乙：Cu$\stackrel{稀H_{2}SO_{4}}{→}$$\stackrel{稀HNO_{3}分批多次}{→}$CuSO₄溶液$\stackrel{后续操作}{→}$CuSO₄•5H₂O
丙：Cu$\stackrel{O_{2}、灼烧}{→}$CuO$\stackrel{稀H_{2}SO_{4}}{→}$CuSO₄溶液$\stackrel{后续操作}{→}$CuSO₄•5H₂O$\stackrel{灼烧}{→}$CuSO₄
丁：Cu$\stackrel{稀H_{2}SO_{4}、X}{→}$CuSO₄溶液$\stackrel{后续操作}{→}$CuSO₄•5H₂O$\stackrel{灼烧}{→}$CuSO₄
请回答实验中的有关问题：
（1）甲方案中发生反应的化学方程式为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（2）甲、乙、丙方案中，丙方案更合理，原因是不排放有毒气体．
（3）乙方案中含有c（HNO₃）=2mol•L^-1，c（H₂SO₄）=4mol•L^-1的废酸混合液100mL（不使用其它酸或氧化剂），最多能制备硫酸铜晶体（CuSO₄•5H₂O）的质量为75g．
（4）丙方案中用于灼烧的仪器名称是坩埚，该实验中的后续步骤指的是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（5）丁方案中Cu、试剂X、稀硫酸反应的化学方程式为Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）甲方案中Cu与浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水；
（2）甲中生成有毒气体二氧化硫，乙中操作复杂且生成有毒气体，只有丙中不生成有毒气体；
（3）n（HNO₃）=0.2mol，n（H₂SO₄）=0.4mol，则n（H⁺）=1.0mol，结合3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O及Cu～CuSO₄•5H₂O结合计算；
（4）高温灼烧固体应在坩埚中进行；溶液通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体；
（5）由反应物及产物可知，X具有氧化性，结合元素守恒可知X为H₂O₂，反应生成硫酸铜和水．

解答 解：（1）甲方案中Cu与浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）甲中生成有毒气体二氧化硫，乙中操作复杂且生成有毒气体，只有丙中总反应为2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O，不生成有毒气体，则丙方案合理，
故答案为：丙；不排放有毒气体；
（3）n（HNO₃）=0.2mol，n（H₂SO₄）=0.4mol，则n（H⁺）=1.0mol，由3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，硝酸完全反应生成的铜离子为0.3mol，由Cu～CuSO₄•5H₂O可知，CuSO₄•5H₂O的质量为0.3mol×250g/mol=75g，
故答案为：75g；
（4）高温灼烧固体应在坩埚中进行，因此仪器应为坩埚；溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铜晶体，
故答案为：坩埚；蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（4）由反应物及产物可知，X具有氧化性，结合元素守恒可知X为H₂O₂，铜与双氧水、硫酸反应生成硫酸铜，化学方程式为Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O，
故答案为：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O．

点评 本题考查物质的制备实验及评价，为高频考点，把握物质的性质、制备实验原理及实验评价为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意发生的氧化还原反应及应用，题目难度中等．