Question

I．下列是四組同學(xué)用銅制取硫酸銅晶體的方案：
甲組：將銅粉投入盛有稀硫酸的容器中，無反應(yīng)．向容器底部緩緩鼓入氧氣，溶液慢慢變藍(lán)色，若在溶液中放置些鉑絲，反應(yīng)速率明顯加快．  
乙組：Cu

氧氣

△

CuO

稀H2SO4

△

CuSO₄   
丙組：Cu

硝酸銀

Cu（NO₃）₂

氫氧化鈉

Cu（OH）₂

稀H2SO4

CuSO₄
丁組：Cu

濃H2SO4

△

CuSO₄
（1）甲組實(shí)驗(yàn)用一個化學(xué)反應(yīng)方程式表示：

2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O

；使反應(yīng)變快的可能原因是

；從該反應(yīng)器溶液（含有少量H₂SO₄以抑制水解）中取得產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)操作步驟應(yīng)為

加熱蒸發(fā)

、

結(jié)晶冷卻

、過濾并洗滌晶體，取得產(chǎn)品后的殘留物質(zhì)可循環(huán)使用．
（2）可持續(xù)發(fā)展的原則要求化工生產(chǎn)①原理科學(xué)；②能量消耗低；③原料利用率高；④無污染．則在四組方案中，

甲

組方案最好．
II．另一化學(xué)興趣小組從化學(xué)手冊上查得硫酸銅500℃以上按照下式分解：CuSO₄

△   .

CuO+SO₂↑+SO₃↑+O₂↑為此他們設(shè)計(jì)了如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置測定有關(guān)數(shù)據(jù)，并經(jīng)計(jì)算確定該條件下CuSO₄分解反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)．

實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)及有關(guān)結(jié)果如下；
①準(zhǔn)確稱取4.80g無水CuSO₄；②實(shí)驗(yàn)結(jié)束時干燥管D總質(zhì)量增加1.92g；③測得量筒F中水的體積，得出氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為224.0mL．試回答下列問題：
（3）裝置B的作用是

吸收SO₃，放出等物質(zhì)的量的SO₂

．
（4）裝置C的作用是

吸收水分干燥SO₂和O₂

．
（5）為減少測量氣體體積引起的誤差，應(yīng)注意的事項(xiàng)有：

此處不填

①裝置內(nèi)氣體的溫度應(yīng)恢復(fù)到室溫，②調(diào)節(jié)量筒使其液面與E裝置中的液面持平，③

讀量筒中液體體積時，視線與液體的凹液面相平；

（6）通過計(jì)算，推斷出該條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式

3CuSO₄

△   .

3CuO+2SO₂↑+SO₃↑+O₂↑

．

Answer 1

分析：I．（1）由題意可知，銅粉投入盛有稀硫酸的容器，緩緩鼓入氧氣，溶液慢慢變藍(lán)色，說明生成硫酸銅，根據(jù)元素守恒可知還生成水；在溶液中放置些鉑絲，形成原電池，反應(yīng)速率加快；從溶液中獲得晶體，需要加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、洗滌、干燥等；
（2）根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的原則判斷；
II．（3）加熱硫酸銅生成三氧化硫和氧氣、二氧化硫、和氧化銅，硫酸能和亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成二氧化硫；
（4）濃硫酸具有吸水性，能干燥酸性或中性氣體；
（5）根據(jù)水面的特點(diǎn)明確量筒中液體體積的讀數(shù)方法；
（6）通過計(jì)算確定生成物之間的物質(zhì)的量關(guān)系，再根據(jù)原子守恒確定反應(yīng)方程式．

解答：解：I．（1）將銅粉投入盛有稀硫酸的容器中，無反應(yīng)．向容器底部緩緩鼓入氧氣，溶液慢慢變藍(lán)色，說明溶液中含有硫酸銅，即銅和氧氣、硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水，反應(yīng)方程式為2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；銅、鉑絲和氧氣、稀硫酸構(gòu)成原電池，加快了化學(xué)反應(yīng)速率，負(fù)極上銅失電子，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水；從溶液中制取晶體的方法是采用蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌的方法，
故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；形成了原電池；加熱蒸發(fā)；冷卻結(jié)晶；
（2）乙和氧氣反應(yīng)需要加熱，消耗能量；
丙中銅和硝酸銀反應(yīng)制取硝酸銅，硝酸銀的價格較高，所以耗資大；
丁中銅和濃硫酸反應(yīng)需要 加熱消耗能量高，且反應(yīng)過程中生成的二氧化硫有毒，有污染；
故答案為：甲；
Ⅱ、（3）加熱硫酸銅生成氧化銅、三氧化硫、二氧化硫和氧氣，三氧化硫易溶于水生成硫酸，硫酸能和亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成二氧化硫，所以亞硫酸氫鈉的作用是吸收SO₃，放出等物質(zhì)的量的SO₂，
故答案為：吸收SO₃，放出等物質(zhì)的量的SO₂；
（4）氣體通過B裝置后還剩二氧化硫和氧氣、水蒸氣，水蒸氣能影響實(shí)驗(yàn)的測定，所以必須通過干燥劑吸收水分，所以濃硫酸的作用是：吸收水分干燥SO₂和O₂，
故答案為：吸收水分干燥SO₂和O₂；
（5）量筒中液面是凹液面，所以讀量筒中液體體積時，視線與液體的凹液面相平，否則會造成誤差，
故答案為：讀量筒中液體體積時，視線與液體的凹液面相平；
（6）干燥管D吸收的物質(zhì)是二氧化硫，二氧化硫包括解熱硫酸銅生成的二氧化硫和三氧化硫和水、亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成的二氧化硫，二氧化硫的物質(zhì)的量是

1.92g

64g/mol

=0.03mol，根據(jù)三氧化硫和亞硫酸氫鈉之間的關(guān)系式知，三氧化硫和亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成的二氧化硫和三氧化硫的物質(zhì)的量相等，所以三氧化硫和原生成的二氧化硫的物質(zhì)的量之和是0.03mol；測得量筒F中水的體積，得出氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為224.0mL，該氣體是氧氣，其物質(zhì)的量是

0.224L

22.4L/mol

=0.01mol，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等知，原生成的二氧化硫的物質(zhì)的量=

0.01mol×4

2

=0.02mol，所以生成的三氧化硫的物質(zhì)的量是0.01mol；4.80g無水CuSO₄的物質(zhì)的量=

4.80g

160g/mol

=0.03mol，根據(jù)銅原子守恒知，生成氧化銅的物質(zhì)的量是0.03mol，所以n（CuSO₄）：n（CuO）：n（SO₂）：n（SO₃）：n（O₂）=0.03mol：0.03mol：0.02mol：0.01mol：0.01mol=3：3：2：1：1，所以其分解方程式為3CuSO₄

△   .

3CuO+2SO₂↑+SO₃↑+O₂↑，
故答案為：3CuSO₄

△   .

3CuO+2SO₂↑+SO₃↑+O₂↑．

點(diǎn)評：本實(shí)驗(yàn)題綜合性較強(qiáng)，考查了電化學(xué)知識、硫酸銅的制備、環(huán)境知識、實(shí)驗(yàn)基本操作等，難度較大，難點(diǎn)是確定硫酸銅的分解方程式的書寫，注意堿石灰吸收的二氧化硫有部分是硫酸銅分解生成的、部分是三氧化硫和水、亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成的二氧化硫，否則會導(dǎo)致計(jì)算錯誤．