Question

12．某化學(xué)興趣小組提出可以用含銅廢料制備藍(lán)色膽礬（CuSO₄•XH₂O）．
【查閱資料】
Ⅰ．過氧化氫在常溫下會緩慢分解為氧氣和水．對其水溶液加熱、光照或加催化劑（如MnO₂）都會促進(jìn)其分解．
Ⅱ．CuSO₄•XH₂O易溶于水、難溶于酒精，加熱時會逐步失去結(jié)晶水，最終生成CuSO₄．
Ⅲ．白色粉末CuSO₄易與水化合生成CuSO₄•XH₂O．
【硫酸銅晶體的制備】
方案1：甲同學(xué)根據(jù)已學(xué)知識，提出了制備硫酸銅方案：

方案2：乙同學(xué)查閱資料歸納出一種工業(yè)制備硫酸銅的流程：

（1）上述方案1中加熱攪拌的作用是加快反應(yīng)速率使反應(yīng)更加充分，形成藍(lán)色溶液的反應(yīng)化學(xué)方程式是CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O．
（2）方案2中，加入H₂O₂后要求溫度控制在50℃到60℃是為了防止雙氧水受熱分解．
（3）從環(huán)保角度對兩套方案的不同部分進(jìn)行比較，你認(rèn)為方案2（填“1”或“2”）更合理．理由是：避免灼燒廢料對環(huán)境產(chǎn)生污染．
（4）方案中“一系列操作”依次為：過濾、A、冷卻結(jié)晶、D（填序號）．
A．蒸發(fā)濃縮     B．加水稀釋    C．加水溶解    D．過濾
（5）溶液M、N都是CuSO₄的飽和（選填“飽和”、“不飽和”或“不一定飽和”）溶液；向其中加入無水CuSO₄，均會析出硫酸銅晶體，這是因為硫酸銅與水反應(yīng)，導(dǎo)致硫酸銅飽和溶液中水分減少析出晶體．
（6）所得硫酸銅晶體需要洗滌后晾干，最合適的洗滌試劑是（填序號）B，
理由是硫酸銅難溶于酒精．
A．冷蒸餾水        B.95%的酒精           C．熱蒸餾水
【硫酸銅晶體（CuSO₄•xH₂O）中結(jié)晶水（xH₂O）含量的測定】
興趣小組取12.5g硫酸銅晶體（CuSO₄•xH₂O）進(jìn)行加熱分解，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，并繪制成固體質(zhì)量與溫度的關(guān)系圖．

（7）258℃時，固體完全變成白色粉末． 根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，計算CuSO₄•xH₂O中x 的值為5．
（8）加熱過程中，硫酸銅晶體分步失去結(jié)晶水．寫出45℃～110℃時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式CuSO₄•4H₂O$\frac{\underline{\;45℃-110℃\;}}{\;}$CuSO₄•H₂O+3H₂O．
（9）580℃以上時，硫酸銅粉末就會發(fā)生分解，生成黑色金屬氧化物、二氧化硫及氧氣，此反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CuSO₄$\frac{\underline{\;580℃以上\;}}{\;}$2CuO+2SO₂↑+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)方案1中加熱攪拌的作用是加快反應(yīng)速率，同時使反應(yīng)進(jìn)行更徹底以及氧化銅和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水進(jìn)行解答；
（2）根據(jù)方案2中，加入H₂O₂后要求溫度控制在50℃到60℃是為了防止H₂O₂受熱分解進(jìn)行解答；
（3）根據(jù)兩個方案的比較，看是否有污染或考慮產(chǎn)量問題；
（4）根據(jù)得到硫酸銅晶體需要的步驟進(jìn)行解答；
（5）根據(jù)有晶體析出，說明該溶液是飽和溶液進(jìn)行解答；
（6）根據(jù)用水洗滌可以溶解硫酸銅晶體，使硫酸銅晶體有損失進(jìn)行解答；
（7）根據(jù)由圖示數(shù)據(jù)和“到t₁℃時該固體完全失去結(jié)晶水”可知，結(jié)晶水的質(zhì)量為：12.50g-8.0g=4.5g，根據(jù)結(jié)晶水的質(zhì)量計算出硫酸銅晶體中結(jié)晶水的個數(shù)；
（8）根據(jù)加熱過程中，硫酸銅晶體分步失去結(jié)晶水．所以45℃到110℃時是四水硫酸銅受熱分解生成一水硫酸銅和水進(jìn)行解答；
（9）根據(jù)580℃以上時，硫酸銅粉末就會發(fā)生分解，生成黑色金屬氧化物氧化銅、二氧化硫及氧氣進(jìn)行解答．

解答 解：（1）方案1中加熱攪拌的作用是加快反應(yīng)速率，同時使反應(yīng)進(jìn)行更徹底；銅灼燒后變成氧化銅，氧化銅與硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水，所以方程式是：CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O；
（2）H₂O₂受熱易分解，溫度應(yīng)該控制在50℃到60℃之間，防止H₂O₂受熱分解；
（3）從環(huán)保角度對兩套方案的不同部分進(jìn)行比較，甲方案第一步灼燒會產(chǎn)生污染空氣的氣體，粉塵，煙霧，由此可知方案2更合理；
（4）方案中“一系列操作”依次為：過濾、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到硫酸銅晶體；
（5）有晶體析出，說明該溶液是飽和溶液，所以溶液M、N都是CuSO₄的飽和溶液，向其中加入無水CuSO₄，均會析出硫酸銅晶體，這是因為硫酸銅粉末與水化合后，飽和溶液中溶劑減少；
（6）用水洗滌可以溶解硫酸銅晶體，使硫酸銅晶體有損失，所以所得硫酸銅晶體需要洗滌后晾干，最合適的洗滌試劑是95%的酒精；
（7）由圖示數(shù)據(jù)和“到t₁℃時該固體完全失去結(jié)晶水”可知，結(jié)晶水的質(zhì)量為：12.50g-8.0g=4.5g
CuSO₄•xH₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+xH₂O↑．
160+18x               18x
12.50g                 4.5g
$\frac{160+18x}{18x}=\frac{12.50g}{4.5g}$
x=5；
（8）加熱過程中，硫酸銅晶體分步失去結(jié)晶水，由圖示可知，m（CuSO₄）=8.0g，45℃時固體減少的質(zhì)量=12.50g-11.60g=0.9g，設(shè)45℃時失去結(jié)晶水的相對分子質(zhì)量為M₁，則有$\frac{8.0g}{160}=\frac{0.9g}{{M}_{1}}$，得M₁=18，即失去一個結(jié)晶水，所以45℃時硫酸銅晶體的化學(xué)式為CuSO₄•4H₂O，設(shè)110℃時失去結(jié)晶水的相對分子質(zhì)量為M₂，則有$\frac{8.0g}{160}=\frac{12.50g-8.90g}{{M}_{2}}$，得M₂=72，即失去4個結(jié)晶水，所以110℃時硫酸銅晶體的化學(xué)式為CuSO₄•H₂O，因此45℃到110℃時的反應(yīng)方程式為：CuSO₄•4H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄•H₂O+3H₂O↑；
（9）580℃以上時，硫酸銅粉末就會發(fā)生分解，生成黑色金屬氧化物氧化銅、二氧化硫及氧氣，反應(yīng)方程式為：2CuSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂↑+O₂↑．
故答案為：
（1）加快反應(yīng)速率使反應(yīng)更加充分；CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
（2）雙氧水受熱分解；
（3）2；避免灼燒廢料對環(huán)境產(chǎn)生污染；
（4）A；D；
（5）飽和；硫酸銅與水反應(yīng)，導(dǎo)致硫酸銅飽和溶液中水分減少析出晶體；
（6）B；硫酸銅難溶于酒精；  
（7）5；
（8）CuSO₄•4H₂O $\frac{\underline{\;45℃-110℃\;}}{\;}$CuSO₄•H₂O+3H₂O；
（9）2CuSO₄ $\frac{\underline{\;580℃以上\;}}{\;}$2CuO+2SO₂↑+O₂↑．

點評 該題為硫酸銅的知識為線索，考查了多方面的知識，綜合性很強，難度較大．