Question

7．實(shí)驗(yàn)室用銅制取硫酸銅，將適量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(yīng)完全，通過蒸發(fā)、結(jié)晶得到硫酸銅晶體．

（1）為了節(jié)約原料，硫酸和硝酸的物質(zhì)的量之比最佳為3：2；為了吸收該反應(yīng)中產(chǎn)生的尾氣，可選擇的最佳裝置是B．
（2）為符合綠色化學(xué)的要求，某研究性學(xué)習(xí)小組進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：
方案1：以空氣為氧化劑．將銅粉在儀器N中反復(fù)灼燒，使銅與空氣充分反應(yīng)生成氧化銅，再將氧化銅與稀硫酸反應(yīng)．
方案2：將空氣或氧氣直接通入到銅粉與稀硫酸的混合物中，發(fā)現(xiàn)在常溫下幾乎不反應(yīng)．向反應(yīng)液中加少量FeSO₄，再通入空氣或氧氣，即發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸銅．反應(yīng)完全后，加物質(zhì)甲調(diào)節(jié)pH，鐵元素全部轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀（一般認(rèn)為鐵離子的濃度下降到10^-5mol•^-1，就認(rèn)為沉淀完全），然后過濾、濃縮、結(jié)晶．
（已知：Ksp[Cu（OH）₂]≈10^-22，Ksp[Fe（OH）₃]≈10^-38）
請(qǐng)回答下列問題：
①方案1中的N儀器名稱是坩堝．
②為了使鐵元素全部沉淀，應(yīng)調(diào)節(jié)pH至少為3．
③方案2中甲物質(zhì)可選用的是CD．
A．CaO    B．NaOH   C．CuCO₃   D．Cu₂（OH）₂CO₃   E．Fe₂（SO₄）₃
④反應(yīng)中加入少量FeSO4可加速銅的氧化，用離子方程式解釋其原因4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)銅和稀硝酸反應(yīng)的離子方程式，理解反應(yīng)實(shí)質(zhì)氫離子是硫酸和硝酸提供；尾氣只要是一氧化氮、二氧化氮，需要和氧氣混合通入堿溶液中完全吸收；
（2）①固體灼燒應(yīng)在坩堝內(nèi)；
②依據(jù)Ksp和一般認(rèn)為鐵離子的濃度下降到10^-5mol•L^-1，就認(rèn)為沉淀完全，計(jì)算溶液PH；
③調(diào)節(jié)溶液PH和溶液中氫離子反應(yīng)，提高溶液PH，但不能引入新的雜質(zhì)；
④亞鐵離子在空氣中易被氧化為鐵離子，銅能溶解于含鐵離子的溶液中．

解答 解：（1）驗(yàn)室用銅制取硫酸銅，將適量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(yīng)完全，反應(yīng)的離子方程式為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，依據(jù)離子反應(yīng)實(shí)質(zhì)，氫離子是硝酸和硫酸共同提供，氫離子分析可知最佳比為6：2，所以硫酸和硝酸物質(zhì)的量之比最佳為3：2；吸收該反應(yīng)中產(chǎn)生的尾氣氮的氧化物需要通入氧氣混合后通入氫氧化鈉溶液被完全吸收；
A、一氧化氮不能被氫氧化鈉吸收，故A錯(cuò)誤；
B、空氣和一氧化氮通入氫氧化鈉溶液可以被吸收，故B正確；
C、空氣未通入氫氧化鈉溶液，一氧化氮不能在溶液中和氧氣反應(yīng)被氫氧化鈉吸收，故C錯(cuò)誤；
D、氣體都未通入氫氧化鈉溶液中，不能被吸收，故D錯(cuò)誤；
故答案為：3：2；B；
（2）①固體在空氣中灼燒需要高溫應(yīng)在坩堝內(nèi)完成，
故答案為：坩堝；
②K_sp[Fe（（OH）₃]≈10^-38 ，依據(jù)沉淀溶解平衡可知，c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=10^-38，一般認(rèn)為鐵離子的濃度下降到10^-5mol•L^-1，
c（OH^-）=10^-11mol/L，c（H⁺）=10^-3mol/L，pH=3，
故答案為：3；
③除雜的原則，保證不引入雜質(zhì)，加入氧化銅或堿式碳酸銅都能能和酸反應(yīng)提高溶液PH，但不引進(jìn)新的雜質(zhì)，加入CaO、NaOH、Fe₂（SO₄）₃會(huì)引入新的雜質(zhì)離子，得不到純凈的硫酸銅晶體，故答案為：CD．
④反應(yīng)中加入少量FeSO₄可加速銅的氧化，亞鐵離子酸性溶液中被空氣中的氧氣氧化為鐵離子，鐵離子溶解銅生成硫酸鐵和硫酸銅，反應(yīng)的兩種方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O； 2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了制備物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方案探究，實(shí)驗(yàn)裝置的應(yīng)用分析，物質(zhì)性質(zhì)的判斷，氧化還原反應(yīng)的分析，尾氣處理方法，溶液PH的計(jì)算，制備物質(zhì)產(chǎn)率計(jì)算，題目綜合性強(qiáng)，需要扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，題目難度中等．