Question

（14分）利用廢鐵絲、硫酸銅廢液（含硫酸亞鐵）和被有機物污染的廢銅粉制備硫酸銅晶體。生產過程如下：

試回答下列問題：
（1）鐵絲在投入硫酸銅廢液前需用稀H₂SO₄進行處理，可能發生反應的離子方程式有             。
（2）為了使灼燒后的氧化銅混合物充分酸溶，在加入稀H₂SO₄的同時，還通入O₂。通入O₂的目的是（用化學反應方程式表示）                 。
在實驗室中，常將適量濃硝酸分多次加入到銅粉與稀硫酸的混合物中，加熱使之反應完全，通過蒸發、結晶得到硫酸銅晶體（裝置如圖所示）。

（3）寫出燒瓶中發生反應的離子方程式為                                
（4）廣口瓶的作用是                 
（5）為符合綠色化學的要求，某研究性學習小組進行如下
設計：將3.2 g銅絲放到45 mL 1.5 mol·L^－1的稀硫酸中，控溫在50 ℃。加入18 mL 10%的H₂O₂，反應0.5h后，升溫到60 ℃，持續反應1 h后，過濾、蒸發濃縮、減壓抽濾等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄·5H₂O 10.5 g。請回答：
①加熱時溫度不宜過高的原因是                           ；
②本實驗CuSO₄·5H₂O的產率為              。

Answer 1

⑴  Fe₂O₃＋6H^＋＝2Fe^3＋＋3H₂O，2Fe^3＋＋Fe＝3Fe^2＋，Fe＋2H^＋＝Fe^2＋＋H₂↑；
⑵ 2Cu＋O₂＋2H₂SO₄＝2CuSO₄＋2H₂O 或2Cu＋O₂＝2CuO，CuO＋H₂SO₄＝CuSO₄＋H₂O ；
⑶ 3Cu＋8H^＋＋3NO₃^－   ＝3Cu^2＋＋2NO↑＋4H₂O ；
⑷ 安全瓶 ；⑸  ①防止雙氧水分解 ；②84％ 。

試題分析：（1）鐵絲表面有鐵銹。投入稀H₂SO₄中發生反應的兩種方程式為：Fe₂O₃＋6H^＋＝2Fe^3＋＋3H₂O；2Fe^3＋＋Fe＝3Fe^2＋；Fe＋2H^＋＝Fe^2＋＋H₂↑；（2）為了使灼燒后的氧化銅混合物充分酸溶，在加入稀H₂SO₄的同時，還通入O₂。通入O₂的目的是使Cu變為氧化銅，與酸反應得到CuSO₄.反應的方程式為：2Cu＋O₂＋2H₂SO₄＝2CuSO₄＋2H₂O 或2Cu＋O₂＝2CuO，CuO＋H₂SO₄＝CuSO₄＋H₂O ；（3）在燒瓶中Cu與稀硝酸發生反應的離子方程式為：3Cu＋8H^＋＋3NO₃^－   ＝3Cu^2＋＋2NO↑＋4H₂O ；（4）廣口瓶的作用是安全瓶，防止倒吸現象的發生；（5）①加熱時溫度不宜過高是由于在反應的過程中使用了H₂O₂，而H₂O₂受熱容易分解，使用溫度不宜過高。②n(Cu)=" 3.2" g÷64g/mol=0.05mol,n(H₂SO₄)=" 0.045" L×1.5 mol/L=" 0.0675" mol硫酸過量，所以產生的CuSO₄按照Cu來計算，理論產量：0.05mol×250g/mol=12.5g。因此CuSO₄·5H₂O的產率為(10.5 g÷12.5g)×100％=84％。