Question

8．常溫下，某工程師以濃硫酸、濃硝酸、粗銅、水和空氣為原料，設(shè)計(jì)如圖所示制取硫酸銅晶體（CuSO₄•5H₂O ）的生產(chǎn)工序和流程：

回答下列問題：
（1）寫出（Ⅰ）中制取硫酸銅的總反應(yīng)的化學(xué)方程式Cu+2HNO₃+H₂SO₄=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O；
（2）在上述反應(yīng)中可以被循環(huán)利用的物質(zhì)的化學(xué)式為：HNO₃或NO₂．
（3）①：某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中為模擬上述生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)上述方案，請根據(jù)該同學(xué)的思路在下列裝置中選用適當(dāng)?shù)难b置，并將它們的編號填入方框內(nèi)：

②裝置C的作用是：吸收尾氣．
（4）硫酸銅晶體也可以直接用濃硫酸和粗銅反應(yīng)制取，與上述方法相比，其缺點(diǎn)是：濃硫酸直接和Cu反應(yīng)需要加熱；濃硫酸產(chǎn)生的SO₂在此實(shí)驗(yàn)中難以循環(huán)利用原料利用率低并污染空氣．

Answer 1

分析 濃硫酸、濃硝酸和粗銅得到硫酸銅溶液，冷卻結(jié)晶過濾得到粗硫酸銅晶體，濾液Ⅲ中通入空氣、水和二氧化氮生成硝酸，重新循環(huán)使用，
（1）Cu與HNO₃（濃）反應(yīng)，只有2molHNO₃被還原，另2molH⁺ 由H₂SO₄提供，（Ⅰ）中制取硫酸銅的反應(yīng)為銅和硝酸、硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化氮和水；
（2）分析流程可知，參與反應(yīng)過程，最后又生成的物質(zhì)可以循環(huán)使用；
（3）①銅與濃硝酸反應(yīng)，不要加熱，故選A，反應(yīng)中要被充空氣，選 B②裝置C的作用是吸收剩余的NO₂，防止污染空氣；
（4）濃硫酸與Cu直接反應(yīng)需要加熱；濃硫酸產(chǎn)生的SO₂在此實(shí)驗(yàn)中難以循環(huán)利用原料利用率低并污染空氣．

解答 解：（1）Cu與HNO₃（濃）反應(yīng)，只有2molHNO₃被還原，另2molH⁺ 由H₂SO₄提供，（Ⅰ）中制取硫酸銅的反應(yīng)為銅和硝酸、硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化氮和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu+2HNO₃+H₂SO₄═CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+2HNO₃+H₂SO₄═CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O；
（2）上述分析可知，濾液Ⅲ中通入空氣和二氧化氮?dú)怏w反應(yīng)得到硝酸溶液可以循環(huán)使用，和粗銅反應(yīng)生成二氧化氮?dú)怏w，所以二氧化氮和硝酸可以循環(huán)使用，
故答案為：HNO₃ 或NO₂；
（3）①某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中為模擬上述生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)上述方案，①銅與濃硝酸反應(yīng)，不要加熱，故選A，反應(yīng)中要被充空氣，選 B②裝置C的作用是吸收剩余的NO₂，防止污染空氣，編號填入方框內(nèi)為：
故答案為：；

②裝置C中是氫氧化鈉溶液，生成的氮氧化物可以通過氫氧化鈉溶液吸收，防止污染空氣，
故答案為：吸收尾氣；
（4）Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，濃硫酸直接和Cu反應(yīng)需要加熱消耗能源，濃硫酸產(chǎn)生的SO₂在此實(shí)驗(yàn)中難以循環(huán)利用，原料利用率低并污染空氣；
故答案為：濃硫酸直接和Cu反應(yīng)需要加熱；濃硫酸產(chǎn)生的SO₂在此實(shí)驗(yàn)中難以循環(huán)利用原料利用率低并污染空氣；

點(diǎn)評 本題考查了實(shí)驗(yàn)室制備硫酸銅的流程分析，反應(yīng)原理的理解應(yīng)用，裝置選擇和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．