Question

（11分）實驗室用銅制取硫酸銅，將適量硝酸分多次加入到銅粉與稀硫酸的混合物中，加熱使之反應(yīng)完全，通過蒸發(fā)、結(jié)晶得到硫酸銅晶體。

（1）理論上硫酸和硝酸的物質(zhì)的量之比最佳為：    ︰    ；

（2）實際上，即使銅粉、硫酸及硝酸都比較純凈，制得的CuSO₄·5H₂O中還是有可能存在的雜質(zhì)是            ，除去這種雜質(zhì)的實驗操作稱為                     。

（3）為符合綠色化學(xué)的要求，某研究性學(xué)習(xí)小組進(jìn)行如下設(shè)計：

方案甲：以空氣為氧化劑。將銅粉在___________（填儀器名稱）中反復(fù)灼燒，使銅與空氣充分反應(yīng)生成氧化銅，再將氧化銅與稀硫酸反應(yīng)。

方案乙：將空氣或氧氣直接通入到銅粉與稀硫酸的混合物中，發(fā)現(xiàn)在常溫下幾乎不反應(yīng)。向反應(yīng)液中加少量FeSO₄，即發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸銅。反應(yīng)完全后，加物質(zhì)甲調(diào)節(jié)pH ，鐵元素全部沉淀（一般認(rèn)為鐵離子的濃度下降到10^-5 mol·L^-1，就認(rèn)為沉淀完全），然后過濾、濃縮、結(jié)晶。

已知：K_sp[Cu((OH)₂]≈10^-22， K_sp[Fe((OH)₂]≈10^-16, K_sp[Fe((OH)₃]≈10^-38

請回答下列問題：

①為了使鐵元素全部沉淀，應(yīng)調(diào)節(jié)pH至少為_________；

②甲物質(zhì)可選用的是             ；

A.CuCl₂    B.NaOH   C.Cu₂(OH)₂CO₃  D.CuO   E.H₂SO₄

③反應(yīng)中加入少量FeSO₄對銅的氧化可以起催化作用。其反應(yīng)過程是：第1步，4Fe²⁺+O₂+4H⁺==4Fe³⁺+2H₂O，請寫出其第2歩反應(yīng)的離子方程式                。

方案丙：將銅絲放到一定量的稀硫酸中，加入適量的H₂O₂，并控溫在50℃~60℃，持續(xù)反應(yīng)1 h，也能獲得硫酸銅。請回答下列問題：

④反應(yīng)時溫度必須控制在50℃~60℃，溫度不宜過高的主要原因是                ；

⑤寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式為                                。

 

Answer 1

（1）3∶2 (1分)   （2）Cu(NO₃)₂(1分)   重結(jié)晶(1分)

（3）坩堝(1分)   ①3  (1分)   ②CD(1分)

③2Fe³⁺+Cu==2Fe²⁺+Cu²⁺(2分)

④防止雙氧水分解(1分)  

⑤Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O(2分)

解析:（1）得到1mol硫酸銅需要轉(zhuǎn)移2mol電子，根據(jù)得失電子守恒可知，需要硝酸2/3mol，理論上硫酸和硝酸的物質(zhì)的量之比最佳為3︰2。

（2）因為反應(yīng)中硝酸不可能完全被還原，所以有可能存在硝酸銅，可通過重結(jié)晶來除雜。

（3）銅是固體，灼燒需放在坩堝中。當(dāng)鐵離子的濃度等于10^-5 mol·L^-1時，根據(jù)[Fe((OH)₃]≈10^-38可得出OH^－的濃度為mol/L，所以其pH至少應(yīng)為3。甲物質(zhì)是用來調(diào)節(jié)溶液的酸堿性的，又因為不能引入新的雜質(zhì)，所以選擇CD。雙氧水不穩(wěn)定，易分解，且溫度越高，越易分解。