Question

4．某探究小組以硫酸和銅為原料設(shè)計(jì)如下四種制硫酸銅晶體的路線：
甲：Cu$\stackrel{濃H_{2}SO_{4}、△}{→}$CuSO₄溶液$\stackrel{后續(xù)操作}{→}$CuSO₄•5H₂O$\stackrel{灼燒}{→}$CuSO₄
乙：Cu$\stackrel{稀H_{2}SO_{4}}{→}$$\stackrel{稀HNO_{3}分批多次}{→}$CuSO₄溶液$\stackrel{后續(xù)操作}{→}$CuSO₄•5H₂O
丙：Cu$\stackrel{O_{2}、灼燒}{→}$CuO$\stackrel{稀H_{2}SO_{4}}{→}$CuSO₄溶液$\stackrel{后續(xù)操作}{→}$CuSO₄•5H₂O$\stackrel{灼燒}{→}$CuSO₄
�。篊u$\stackrel{稀H_{2}SO_{4}、X}{→}$CuSO₄溶液$\stackrel{后續(xù)操作}{→}$CuSO₄•5H₂O$\stackrel{灼燒}{→}$CuSO₄
請(qǐng)回答實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問題：
（1）甲方案中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（2）甲、乙、丙方案中，丙方案更合理，原因是不排放有毒氣體．
（3）乙方案中含有c（HNO₃）=2mol•L^-1，c（H₂SO₄）=4mol•L^-1的廢酸混合液100mL（不使用其它酸或氧化劑），最多能制備硫酸銅晶體（CuSO₄•5H₂O）的質(zhì)量為75g．
（4）丙方案中用于灼燒的儀器名稱是坩堝，該實(shí)驗(yàn)中的后續(xù)步驟指的是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．
（5）丁方案中Cu、試劑X、稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）甲方案中Cu與濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水；
（2）甲中生成有毒氣體二氧化硫，乙中操作復(fù)雜且生成有毒氣體，只有丙中不生成有毒氣體；
（3）n（HNO₃）=0.2mol，n（H₂SO₄）=0.4mol，則n（H⁺）=1.0mol，結(jié)合3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O及Cu～CuSO₄•5H₂O結(jié)合計(jì)算；
（4）高溫灼燒固體應(yīng)在坩堝中進(jìn)行；溶液通過蒸發(fā)、結(jié)晶得到硫酸銅晶體；
（5）由反應(yīng)物及產(chǎn)物可知，X具有氧化性，結(jié)合元素守恒可知X為H₂O₂，反應(yīng)生成硫酸銅和水．

解答 解：（1）甲方案中Cu與濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應(yīng)為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）甲中生成有毒氣體二氧化硫，乙中操作復(fù)雜且生成有毒氣體，只有丙中總反應(yīng)為2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O，不生成有毒氣體，則丙方案合理，
故答案為：丙；不排放有毒氣體；
（3）n（HNO₃）=0.2mol，n（H₂SO₄）=0.4mol，則n（H⁺）=1.0mol，由3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，硝酸完全反應(yīng)生成的銅離子為0.3mol，由Cu～CuSO₄•5H₂O可知，CuSO₄•5H₂O的質(zhì)量為0.3mol×250g/mol=75g，
故答案為：75g；
（4）高溫灼燒固體應(yīng)在坩堝中進(jìn)行，因此儀器應(yīng)為坩堝；溶液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到硫酸銅晶體，
故答案為：坩堝；蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；
（4）由反應(yīng)物及產(chǎn)物可知，X具有氧化性，結(jié)合元素守恒可知X為H₂O₂，銅與雙氧水、硫酸反應(yīng)生成硫酸銅，化學(xué)方程式為Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O，
故答案為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)及評(píng)價(jià)，為高頻考點(diǎn)，把握物質(zhì)的性質(zhì)、制備實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，注意發(fā)生的氧化還原反應(yīng)及應(yīng)用，題目難度中等．