Question

16．某課外興趣小組探究利用廢銅屑制取CuSO₄溶液，設(shè)計(jì)了以下幾種實(shí)驗(yàn)方案：
方案一：以銅和濃硫酸反應(yīng)制備硫酸銅溶液．方案二：將廢銅屑在空氣中灼燒后再投入稀硫酸．和方案一相比，方案二的優(yōu)點(diǎn)是不產(chǎn)生污染空氣的SO₂氣體，制取等量的CuSO₄溶液，消耗的硫酸量少；
方案二的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)容器底部殘留少量紫紅色固體，再加入稀硫酸依然不溶解，該固體為Cu．

（1）方案三的實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示：溶解過程中有氣體放出，該氣體是O₂．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，生成氣體速度加快，推測可能的原因反應(yīng)產(chǎn)生的Cu²⁺對H₂O₂分解有催化作用．
（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明你的推測取H₂O₂溶液，向其中滴加CuSO₄溶液，觀察產(chǎn)生氣泡的速率是否加快．
（3）方案四的實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示：為了得到較純凈的硫酸銅溶液，硫酸和硝酸的物質(zhì)的量之比應(yīng)為3：2．
（4）對方案四進(jìn)行補(bǔ)充完善，設(shè)計(jì)一個(gè)既能防止污染，又能實(shí)現(xiàn)物料循環(huán)的實(shí)驗(yàn)方案（用流程圖表示）．

Answer 1

分析 方案一：第一個(gè)方案中放出的有毒氣體二氧化硫會(huì)造成對空氣的污染；第二個(gè)方案銅和氧氣加熱生成氧化銅，氧化銅和硫酸反應(yīng)產(chǎn)生硫酸銅和水，因此反應(yīng)過程中沒有污染物，且原料的利用率高，方案二的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)容器底部殘留少量紫紅色固體，為銅，不溶于稀硫酸；
方案二：（1）方案三的實(shí)驗(yàn)流程如圖1中，雙氧水反應(yīng)氧化還原反應(yīng)生成O₂；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，生成氣體速度加快，可能是反應(yīng)產(chǎn)生的Cu²⁺對H₂O₂分解有催化作用；
（2）取H₂O₂溶液，向其中滴加CuSO₄溶液，如果產(chǎn)生氣泡的速率加快，則證明Cu²⁺對H₂O₂分解有催化作用，否則，沒有；
（3）根據(jù)離子方程式，3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，反應(yīng)消耗2mol硝酸，生成3mol硫酸銅，故為了得到較純凈的硫酸銅溶液，硫酸和硝酸的物質(zhì)的量之比應(yīng)為3：2；
（4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，為防止NO污染空氣，應(yīng)通入空氣氧化NO為NO₂，用水吸收后，生成HNO₃再循環(huán)利用．

解答 解：方案一：第一個(gè)方案中放出的有毒氣體二氧化硫會(huì)造成對空氣的污染；第二個(gè)方案銅和氧氣加熱生成氧化銅，氧化銅和硫酸反應(yīng)產(chǎn)生硫酸銅和水，因此反應(yīng)過程中沒有污染物，且原料的利用率高，方案二的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)容器底部殘留少量紫紅色固體，為銅，不溶于稀硫酸；
故答案為：不產(chǎn)生污染空氣的SO₂氣體，制取等量的CuSO₄溶液，消耗的硫酸量少；Cu；
方案二：（1）方案三的實(shí)驗(yàn)流程如圖1中，雙氧水反應(yīng)氧化還原反應(yīng)生成O₂；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，生成氣體速度加快，可能是反應(yīng)產(chǎn)生的Cu²⁺對H₂O₂分解有催化作用，
故答案為：O₂；反應(yīng)產(chǎn)生的Cu²⁺對H₂O₂分解有催化作用；
（2）取H₂O₂溶液，向其中滴加CuSO₄溶液，如果產(chǎn)生氣泡的速率加快，則證明Cu²⁺對H₂O₂分解有催化作用，否則，Cu²⁺對H₂O₂分解沒有催化作用；
故答案為：取H₂O₂溶液，向其中滴加CuSO₄溶液，觀察產(chǎn)生氣泡的速率是否加快；
（3）根據(jù)離子方程式，3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，反應(yīng)消耗2mol硝酸，生成3mol硫酸銅，故為了得到較純凈的硫酸銅溶液，硫酸和硝酸的物質(zhì)的量之比應(yīng)為3：2，故答案為：3：2；
（4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，為防止NO污染空氣，應(yīng)通入空氣氧化NO為NO₂，用水吸收后，生成HNO₃再循環(huán)利用，
，故答案為：．

點(diǎn)評 此題難度較大，依據(jù)題目的要求結(jié)合反應(yīng)原理分析即可；分析一個(gè)反應(yīng)的可行性要從多方面分析，如從反應(yīng)的可行性，環(huán)保安全，操作簡便，經(jīng)濟(jì)節(jié)能方面考慮．