Question

在中學化學實驗中，通常用無水硫酸銅來檢驗少量水的存在．由于無水硫酸銅吸濕性很強，需要現制現用．
方法甲：取2藥匙細小的硫酸銅晶體置于

 

中研碎后放入坩堝，將坩堝放在

 

上用小火慢慢加熱并用玻璃棒不停攪拌，最后將坩堝移入

 

中進行冷卻（請選用合適儀器填空：表面皿、研缽、燒杯、通風櫥、試管夾、干燥器、泥三角）．
方法乙：取2藥匙研碎的硫酸銅晶體于小燒杯中，加入20mL濃硫酸（質量分數不低于98%），并用玻璃棒攪拌，靜置5min后傾去濃硫酸，用無水乙醇洗滌數次，倒在濾紙上晾干．
[交流與討論]
（1）方法甲中，加熱溫度稍高時會出現變黑現象，原因是

 

（用化學方程式表示）．
（2）方法乙中，濃硫酸的作用是

 

；為了不浪費藥品，對無水乙醇洗滌液進行再生的方法是

 

，所用的主要玻璃儀器有燒瓶、接液管、錐形瓶

 

等．
（3）用制得的無水硫酸銅檢驗某雙氧水中是否含水時，除了發現固體變藍外，還發現該雙氧水中有氣泡產生，對此你有何猜想

 

．
（4）目前工業上正積極探索用濃HNO₃作氧化劑，用Cu與濃H₂SO₄、濃HNO₃反應，采取間歇加熱、逐漸加入濃HNO₃的方法來制備CuSO₄?5H₂O的新工藝．模擬制備裝置如右圖所示．
[問題一]如圖裝置中，分液漏斗內裝的液體是

 

，反應結束時，獲取CuSO₄?5H₂O的操作過程是先

 

，趁熱將三頸瓶中的液體倒入燒杯中冷卻，析出晶體CuSO₄?5H₂O，過濾、晾干．
[問題二]工業上用石灰乳吸收尾氣，除了防止環境污染外，還能得到了有經濟實用價值的副產品--亞硝酸鈣．尾氣吸收生成亞硝酸鈣的化學方程式是

 

．

Answer 1

分析：方法甲：研碎物體在研缽中進行，硫酸銅易吸水；
[交流與討論]
（1）由元素守恒及物質的顏色可知黑色固體物質只能是CuO；
（2）從濃硫酸的性質與蒸餾的基本操作的儀器與注意事項進行分析；
（3）一般情況下H₂O₂雖可分解，但需在MnO₂催化作用下才有明顯的現象，此處Cu²⁺ 或CuSO₄對該反應起催化作用；
（4）問題一、結合信息“逐漸加入濃HNO₃的方法來制備CuSO₄?5H₂O“，則分液漏斗內盛濃硝酸．由于反應過程中有可溶于水的氣體NO₂生成，在撤導管時，操作不規范可以引起倒吸，應先撤導管再迅速撤加熱裝置；
問題二、可類比實驗室制備NO₂的實驗中NO₂尾氣處理的反應，反應起始階段HNO₃的還原產物為NO₂，隨反應的進行也有NO產生，這兩種尾氣都可以被石灰乳吸收，NO₂+NO+Ca（OH）₂=Ca（NO₂）₂+H₂O是歸中反應，4NO₂+2Ca（OH）₂=Ca（NO₃）₂+Ca（NO₂）₂+2H₂O 是歧化反應．

解答：解：方法甲：方法甲是通過加熱CuSO₄?5H₂O晶體，使晶體失水而得到無水硫酸銅．首先應將CuSO₄?5H₂O晶體在研缽中研碎，使之成為細小的顆粒或粉末，增大其受熱面積，加快失水速度，然后將研碎的CuSO₄?5H₂O晶體放入坩堝中，將坩堝放在泥三角上加熱．由于加熱失水后的CuSO₄易吸收空氣中的水蒸氣，故應將加熱后的坩堝放在干燥器中進行冷卻．
故答案為：研缽；泥三角；干燥器；
【交流與討論】
（1）在方法甲中，加熱溫度過高時，由于CuSO₄?5H₂O發生分解反應生成黑色的CuO，導致產品變黑，
方程式為CuSO₄?5H₂O

△   .

CuO+SO₃+5H₂O或CuSO₄?5H₂O

△   .

CuO+H₂SO₄+4H₂O，
故答案為：CuSO₄?5H₂O

△   .

CuO+SO₃+5H₂O或CuSO₄?5H₂O

△   .

CuO+H₂SO₄+4H₂O也可；
（2）方法乙是利用濃硫酸的吸水性，吸取CuSO₄?5H₂O晶體中的水，再用無水乙醇洗掉CuSO₄吸附的少量濃硫酸，從而得到無水硫酸銅，再生無水乙醇可通過加入CaO（生石灰）進行蒸餾的方法實現，根據蒸餾裝置即可確定所需的玻璃儀器還應有冷凝管，
故答案為：吸水劑；加CaO后蒸餾（或蒸餾也可）；冷凝管；
（3）氣泡的產生是由H₂O₂在Cu²⁺的催化作用下發生分解反應生成O₂所致，
故答案為：銅離子（或硫酸銅）對雙氧水分解有催化作用；
（4）【問題一】本實驗首先是Cu與濃硝酸在三頸瓶內發生反應生成Cu（NO₃）₂，然后用分液漏斗逐漸加入濃硫酸，Cu（NO₃）₂與濃硫酸在加熱條件下發生復分解反應而得到CuSO₄溶液，CuSO₄溶液冷卻結晶即可析出CuSO₄?5H₂O晶體．由于反應過程中有可溶于水的氣體NO₂生成，在撤導管時，操作不規范可以引起倒吸，應先撤導管再迅速撤加熱裝置；
故答案為：濃硝酸；先撤去導管后停止加熱；
【問題二】Cu與濃硝酸反應過程中，由于HNO₃的濃度逐漸降低，得到的氣體為NO和NO₂，且Cu（NO₃）₂與濃硫酸反應過程中，HNO₃也會發生分解產生NO₂，由于NO、NO₂屬于有毒的大氣污染物，應對尾氣進行處理．根據題意，尾氣處理時反應物為NO、NO₂、Ca（OH）₂，生成物為Ca（NO₂）₂和H₂O，據此可寫出相應反應的化學方程式分別為
NO₂+NO+Ca（OH）₂=Ca（NO₂）₂+H₂O 或4NO₂+2Ca（OH）₂=Ca（NO₃）₂+Ca（NO₂）₂+2H₂O，
故答案為：NO₂+NO+Ca（OH）₂=Ca（NO₂）₂+H₂O 或4NO₂+2Ca（OH）₂=Ca（NO₃）₂+Ca（NO₂）₂+2H₂O．

點評：從原理分析、化學實驗基本操作、實驗設計等全方位考查同學們駕馭知識的能力，為此同學們在平時的實驗學習中要精益求精，關注課本實驗，理解實驗的要求和目的，難度中等．