Question

實驗室用銅制備CuSO₄溶液有多種方案，某實驗小組給出了以下三種方案：

請回答有關問題：
（1）甲方案：
①寫出該反應的離子方程式                  ；
②為了節約原料，硫酸和硝酸的物質的量之比最佳為，n(H₂SO₄)：n(HNO₃)=           。
（2）乙方案：將6.4g銅絲放到90mL 1.5mol·L^-1的稀硫酸中，控溫在50℃。加入40mL 10%的H₂O₂，反應0.5小時，升溫到60℃，持續反應1小時后，經一系列操作，得CuSO₄·5H₂O 20.0g【已知有關摩爾質 量：M(Cu)=64g/mol， M(CuSO₄·5H₂O) =250g/mol】。
①反應時溫度控制在50℃~60℃，不宜過高的原因是                      ；
②本實驗CuSO₄·5H₂O的產率為                  。
（3）丙方案：將空氣或氧氣直接通入到銅粉與稀硫酸的混合物中，發現在常溫下幾乎不反應。向反應液中加少量FeSO₄，即發生反應，生成硫酸銅。反應完全后，加物質A調節pH至4 ，然后過濾、濃縮、結晶。
①物質A可選用以下的          （填序號）；

A．CaO

B．NaOH

C．CuCO3

D．Cu2(OH)2CO3 E．Fe2(SO4)3

②反應中加入少量FeSO₄可加速銅的氧化，FeSO₄的作用是                  ；
（4）對比甲、乙、丙三種實驗方案，丙方案的優點有（寫兩條）：
                                  、                                 。

Answer 1

（1）①3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O （3分）；  ②3:2（2分）
（2）①雙氧水受熱易分解造成損耗（2分）；    ②80％（3分）
（3）①CD（2分）；  ②作催化劑（或起催化作用，2分）
（4）無污染；原料利用率高（或常溫下反應，耗能少；原料便宜，成本低等）（2分）

試題分析：（1）①銅與稀硫酸、稀硝酸的混合液反應生成銅離子、NO、水，離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
②硫酸銅的化學式中Cu²⁺與SO₄^2-的個數比是1:1，離子方程式中Cu²⁺與NO₃^-的個數比是是3:2，所以n(H₂SO₄)：n(HNO₃)=3:2；
（2）①因為過氧化氫受熱易分解，溫度過高，造成過氧化氫的損失，產率降低；
②604gCu的物質的量是0.1mol，硫酸的物質的量是0.135mol，所以硫酸過量，理論上應生成0.1molCuSO₄·5H₂O，質量是25.0g，實際得到CuSO₄·5H₂O 20.0g，所以CuSO₄·5H₂O的產率是20.0g/25.0g×100%=80%;
（3）①加物質A調節pH至4目的是降低溶液酸度，使鐵元素沉淀，同時不引入新雜質，所以應選擇CuCO₃、Cu₂(OH)₂CO₃，二者與硫酸反應生成硫酸銅、二氧化碳氣體放出，符合題目要求，而ABE均會引入新雜質，答案選CD。
②反應中加入少量FeSO₄可加速銅的氧化，而FeSO₄不與溶液中的任何物質反應，所以FeSO₄的作用只能是催化劑的作用；
（4）與甲、乙比，丙的優點是不會產生污染，耗能少，原料便宜，節約原料等。