Question

某化學(xué)興趣小組提出可以用含銅廢料制備藍色膽礬(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
I、硫酸銅晶體的制備
方案1：毛毛同學(xué)根據(jù)已學(xué)知識，提出了制備硫酸銅方案：

方案2：方舟同學(xué)查閱資料歸納了一種工業(yè)制備硫酸銅的流程：

(1)上述方案1中加熱攪拌的作用是  ，形成藍色溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式是：   。
(2)方案2中，加入H₂O₂后要求溫度控制在50℃到60℃是為了防止  。
(3)從環(huán)保角度對兩套方案的不同部分進行比較，你認(rèn)為方案   （填1或2）更合理。理由是：     。
(4)方案中“一系列操作”依次為：過濾、、冷卻結(jié)晶、（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　　（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　　。
⑹所得硫酸銅晶體需要洗滌后晾干，最合適的洗滌試劑是 。
A.冷蒸餾水     B. 95%的酒精      C.熱蒸餾水 
II、硫酸銅晶體(CuSO₄·xH₂O)中結(jié)晶水(xH₂O)含量的測定
  
學(xué)習(xí)小組取12.5g硫酸銅晶體(CuSO₄·xH₂O)進行加熱分解，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，并繪制成固體質(zhì)量一溫度的關(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     。（請寫出計算過程，3分）
(8)加熱過程中，硫酸銅晶體分步失去結(jié)晶水。請寫出45℃到110℃時反應(yīng)方程式
(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     

Answer 1

⑴加快反應(yīng)速率  CuO＋H₂SO₄==CuSO₄＋H₂O 
⑵H₂O₂受熱分解
⑶ 2     避免灼燒廢料產(chǎn)生的污染
⑷ A  D
⑸飽和   CuSO₄＋H₂O ==CuSO₄·XH₂O 硫酸銅粉末與水化合后，飽和溶液中溶劑減少  
⑹B
⑺5
⑻CuSO₄·4H₂O CuSO₄·H₂O＋3H₂O↑
⑼2CuSO₄ 2CuO＋2SO₂↑＋O₂↑

試題分析：I 、(1)在方案1中，由于加熱可增加反應(yīng)物分子的運動速率，攪拌會使反應(yīng)物混合更均勻，故可增加反應(yīng)物相互接觸的機會，因此加熱攪拌的作用是加快反應(yīng)速率；根據(jù)題意分析，形成藍色溶液的現(xiàn)象的反應(yīng)是氧化銅與硫酸反應(yīng)，生成硫酸銅和水，故化學(xué)反應(yīng)的方程式是CuO＋H₂SO₄=CuSO₄＋H₂O。
（2）根據(jù)資料可知，“對過氧化氫的水溶液加熱、光照或加催化劑（如MnO₂）都會促進其分解”，故在方案2中，加入H₂O₂后要求溫度控制在50℃到60℃，是為了防止其受熱分解。
（3）從環(huán)保的角度分析可知，由于甲方案的第一步是灼燒，會產(chǎn)生一些污染空氣的氣體，粉塵，煙霧等，即會污染空氣，由此可知方案2更合理。
（4）根據(jù)圖示，結(jié)合已有的部分操作步驟分析，因為過濾后的濾液要進行冷卻結(jié)晶，故需先進行蒸發(fā)濃縮A，這樣才好對其冷卻結(jié)晶；又由于最終要得到的是硫酸銅晶體，故結(jié)晶后還需過濾D、洗滌和干燥等。
（5）根據(jù)圖示，溶液M、N都是析出硫酸銅晶體后的溶液，即均不能繼續(xù)溶解硫酸銅，故均屬于硫酸銅的飽和溶液；向硫酸銅的飽和溶液中加入無水CuSO₄，由于硫酸銅粉末能與水化合，故飽和溶液中的溶劑會減少了，則會有相應(yīng)的溶質(zhì)的析出。
（6）根據(jù)資料可知，CuSO₄·XH₂O易溶于水難溶于酒精，故可用少量95%的酒精洗滌硫酸銅晶體，這樣可減少硫酸銅晶體因溶于水而有部分損失。故選B
II、(7)根據(jù)資料，CuSO₄·XH₂O加熱時會逐步失去結(jié)晶水，最終生成CuSO₄，結(jié)合題意，“258℃時，固體完全變成白色粉末”，說明此時硫酸銅晶體(CuSO₄·xH₂O)已完全分解生成硫酸銅和水，則該反應(yīng)可表示CuSO₄?xH₂O△CuSO₄+xH₂O；再結(jié)合圖中數(shù)據(jù)可知，258℃時，剩余固體質(zhì)量為8g，則根據(jù)膽礬晶體受熱分解的化學(xué)方程式和膽礬與硫酸銅的質(zhì)量，以及它們之間的固定質(zhì)量比，就可計算出膽礬晶體中x的值。
CuSO₄?xH₂O△CuSO₄+xH₂O
160+18x     160
12.50g       8g
（160+18x）：160=12.50g：8g
解得，x=5
（8）根據(jù)題意，加熱過程中，硫酸銅晶體會分步失去結(jié)晶水，故可將反應(yīng)表示為CuSO₄?5H₂O△CuSO₄?mH₂O+(5-m)H₂O；結(jié)合圖中數(shù)據(jù)可知，45℃時，剩余固體質(zhì)量為11.6g，則根據(jù)反應(yīng)的方程式和兩固體的質(zhì)量、以及質(zhì)量比，可計算出其中m的值。
CuSO₄?5H₂O△CuSO₄?mH₂O+(5-m)H₂O
250         160+18m
12.5g       11.6g
250:(160+18m)= 12.5g:11.6g
解得，m=4，
即此時所得晶體為CuSO₄?4H₂O；
同理，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)110℃時，剩余固體質(zhì)量為8.9g，同樣可計算出所得晶體中所含結(jié)晶水的量，可設(shè)所得晶體為CuSO₄?nH₂O，則有
CuSO₄?5H₂O△CuSO₄?nH₂O+(5-n)H₂O
250         160+18n
12.5g       8.9g
250:(160+18n)= 12.5g:8.9g
解得，n=1，
即此時所得晶體為CuSO₄?H₂O，
故45℃到110℃時反應(yīng)的方程式為CuSO₄?4H₂O△CuSO₄?H₂O+3H₂O。
(9) 根據(jù)題意，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，根據(jù)質(zhì)量守恒定律中的元素守恒可知，該金屬氧化物應(yīng)是氧化銅，故此反應(yīng)的化學(xué)方程式為 2CuSO₄ 2CuO＋2SO₂↑＋O₂↑。
點評：本題難度較大，考查了多方面的知識，并側(cè)重考查了學(xué)生運用所學(xué)化學(xué)知識綜合分析和解決實際問題的能力，關(guān)于根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的計算，解題的關(guān)鍵是要抓住“加熱過程中，硫酸銅晶體會分步失去結(jié)晶水”這句話，然后根據(jù)相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式，并依據(jù)已知量對未知的應(yīng)求量進行求解計算即可。