Question

【題目】(15分)某探究小組以硫酸和銅為原料設計如下四種制備硫酸銅晶體的路線：

請回答下列有關問題：

（1）甲方案中第一步發生反應的化學方程式為___________________。

（2）甲、乙、丙方案中，_____方案更合理，原因是________________。

（3）采用乙方案，用廢銅、廢酸（含HNO3、H2SO4）為主要原料制備硫酸銅晶體，某含有c(HNO3)=2molL-1，c(H2SO4)=4molL-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）的質量為___________。

（4）丙方案中灼燒時，應在________中進行（填儀器名稱），該實驗中的后續操作指的是____________。

（5）丁方案中X可以是試劑，也可以是反應條件：

①若X為試劑，該反應的化學方程式為__________________。

②若X為反應條件，即通電，在虛線框中畫出該實驗設計圖。

Answer 1

【答案】（1）Cu+2H2SO4(濃) CuSO4+SO2↑+2H2O(2分）

（2）丙（l分） 丙方案中硫酸的利用率高且無污染空氣的氣體產生（2分，或“甲方案有SO2氣體產生，污染空氣，乙方案有氮的氧化物生成；污染空氣”或“甲、乙方案均有污染空氣的氣體產生”)

（3）75g(2分）（4）坩堝（l分）；蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾（3分）

（5）①Cu+H2SO4(稀)+H2O2＝CuSO4+2H2O (2分） ②（2分）

【解析】

試題分析：（1）甲方案中Cu與濃硫酸加熱反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應的方程式為Cu+2H2SO4(濃) CuSO4+SO2↑+2H2O；

（2）甲中生成有毒氣體二氧化硫，乙中操作復雜且生成有毒氣體，只有丙中總反應為2Cu+O2+2H2SO4═2CuSO4+2H2O，不生成有毒氣體，則丙方案合理；

（3）n（HNO3）＝0.2mol，n（H2SO4）＝0.4mol，則n（H+）＝1.0mol，由3Cu+8H++2NO3-＝3Cu2++2NO↑+4H2O可知，硝酸完全反應生成的銅離子為0.3mol，由Cu～CuSO45H2O可知，CuSO45H2O的質量為0.3mol×250g/mol＝75g；

（4）高溫灼燒固體應在坩堝中進行，因此儀器應為坩堝；溶液通過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到硫酸銅晶體；

（5）①銅與稀硫酸不反應，若X為試劑，則X應該具有氧化性，因此X是雙氧水，該反應的化學方程式為Cu+H2SO4(稀)+H2O2＝CuSO4+2H2O

②若X為反應條件，即通電，這說明該裝置是電解池，銅與電源的正極相連，作陽極，電解質是硫酸，陰極可以是石墨，裝置如圖所示（見答案）。