Question

6．硫酸銅是一種應(yīng)用極其廣泛的化工原料．某同學(xué)利用車(chē)床加工的廢銅屑制備硫酸銅．實(shí)驗(yàn)前先將廢銅屑置于Na₂CO₃溶液中煮沸5分鐘，然后汲去Na₂CO₃溶液，再用蒸餾水洗滌3次．由于銅不與稀硫酸直接反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)中將濃硝酸分次加入到銅粉與稀硫酸中，加熱使之反應(yīng)完全，通過(guò)蒸發(fā)、結(jié)晶得到硫酸銅晶體（裝置如圖所示，燒杯中盛有NaOH溶液）．

（1）實(shí)驗(yàn)前先將廢銅屑于Na₂CO₃溶液中煮沸5分鐘的目的是除去油污．
（2）圓底燒瓶中發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）圖2是圖1的改進(jìn)裝置，改進(jìn)后的好處是能防止倒吸．
（4）為符合綠色化學(xué)的要求，某研究性學(xué)習(xí)小組改用空氣氧化法：
方案1：將銅屑在空氣中反復(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屑與稀硫酸的混合物中，發(fā)現(xiàn)在常溫下幾乎不反應(yīng)．但是向反應(yīng)液中加少量FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃溶液，反應(yīng)很快進(jìn)行．反應(yīng)完全后，繼續(xù)通入空氣并加物質(zhì)甲調(diào)節(jié)pH值到3～4，產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀．過(guò)濾，濾渣作催化劑循環(huán)使用．濾液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、減壓抽濾后得到藍(lán)色晶體，再用少量95%的酒精洗滌晶體后晾干，得CuSO₄•5H₂O10.6g．己知Fe（OH）₃和Cu（OH）₂完全沉淀時(shí)的pH值分別為3.7、6.4請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①方案2中甲物質(zhì)可能是A（填字母）．A．CaO  B．CuO  C．Na₂CO₃D．NaOH
②FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃溶液的作用是催化劑，不能選用FeCl₃、FeCl₂代替
FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃溶液的原因是防止制得的硫酸銅晶體中混有CuCl₂（或制得的硫酸銅晶體不純）．
③晶體采用95%的酒精淋洗的優(yōu)點(diǎn)是減少硫酸銅晶體在洗滌過(guò)程中由于溶解引起的損耗（或減少硫酸銅晶體的損失、減少硫酸銅晶體的溶解）．
④圖3是抽濾裝置的一部分，其中正確的是A．（填A(yù)或B）
⑤采用方案1以64g銅為原料與一定質(zhì)量的57.6%（填質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的硫酸反應(yīng)在理論上不需要蒸發(fā)水剛好生成CuSO₄•5H₂O晶體．（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）碳酸鈉為強(qiáng)堿弱酸鹽，水解溶液呈堿性，能清除油污；
（2）銅不與稀硫酸直接反應(yīng)，但將濃硝酸分次加入，酸過(guò)量，硝酸全起氧化劑作用，酸為稀溶液，生成硫酸銅、NO、水；
（3）空氣和一氧化氮通入氫氧化鈉溶液可以被吸收，但圖1不能防止氫氧化鈉倒吸到燒瓶中，圖2是圖1的改進(jìn)裝置，能防止倒吸；
（4）①調(diào)節(jié)溶液的PH時(shí)，不能引進(jìn)雜質(zhì)離子，且所加的物質(zhì)可以和酸發(fā)生反應(yīng)即可；
②FeSO₄作催化劑，不能選用FeCl₃、FeCl₂代替，因它們能引進(jìn)雜質(zhì)離子，制得的硫酸銅晶體中混有CuCl₂；
③晶體采用酒精淋洗能減少晶體的溶解；
④布氏漏斗的頸口斜面應(yīng)朝向抽濾瓶的支管口；
⑤在通入空氣并加熱的條件下，銅與稀硫酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硫酸銅，依據(jù)2Cu+2H₂SO₄+O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄•5H₂O計(jì)算．

解答 解：（1）Na₂CO₃溶液中存在水解離子反應(yīng)為CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，溶液呈堿性，油污在堿性條件下發(fā)生水解，所以實(shí)驗(yàn)前先將廢銅屑于Na₂CO₃溶液中煮沸5分鐘，目的是除去油污，
故答案為：除去油污；
（2）銅不與稀硫酸直接反應(yīng)，但將濃硝酸分次加入，酸過(guò)量，硝酸全起氧化劑作用，酸為稀溶液，生成硫酸銅、NO、水，反應(yīng)方程式為3Cu+2HNO₃+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3CuSO₄+2NO↑+4H₂O，離子反應(yīng)為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O； 
（3）空氣和一氧化氮通入氫氧化鈉溶液可以被吸收，但圖1不能防止氫氧化鈉倒吸到燒瓶中，圖2中第2個(gè)集氣瓶，進(jìn)入瓶?jī)?nèi)的導(dǎo)管一點(diǎn)點(diǎn)，能防止氫氧化鈉倒吸到燒瓶中，
故答案為：能防止倒吸；
（4）①調(diào)節(jié)溶液的PH時(shí)，不能引進(jìn)雜質(zhì)離子，且所加的物質(zhì)可以和酸發(fā)生反應(yīng)即可，所以甲物質(zhì)為CuCO₃或CuO；
故答案為：A；
②向反應(yīng)液中加少量FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃溶液，反應(yīng)很快進(jìn)行，說(shuō)明FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃溶液作催化劑，如向反應(yīng)液中加少量FeSO₄，即發(fā)生反應(yīng)：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，F(xiàn)eSO₄作催化劑，不能選用FeCl₃、FeCl₂代替，因它們能引進(jìn)雜質(zhì)氯離子，制得的硫酸銅晶體中混有CuCl₂，
故答案為：催化劑；防止制得的硫酸銅晶體中混有CuCl₂（或制得的硫酸銅晶體不純）；
③硫酸銅是無(wú)機(jī)物，在酒精中溶解度較小，晶體采用酒精淋洗的優(yōu)點(diǎn)是酒精易揮發(fā)且與水以任意比例溶解，減少晶體的溶解，
故答案為：減少硫酸銅晶體在洗滌過(guò)程中由于溶解引起的損耗（或減少硫酸銅晶體的損失、減少硫酸銅晶體的溶解）；
④抽濾裝置由布氏漏斗、吸濾瓶、安全瓶、抽氣泵等儀器組成，抽濾裝置中，布氏漏斗的頸口斜面應(yīng)朝向抽濾瓶的支管口，以保證得到要抽濾的物質(zhì)，A符合，
故答案為：A；
⑤64g銅的物質(zhì)的量為n=$\frac{64g}{64g/mol}$=1mol，采用方案1制得1molCuSO₄•5H₂O晶體，與一定質(zhì)量的硫酸反應(yīng)在理論上不需要蒸發(fā)水剛好生成CuSO₄•5H₂O晶體，反應(yīng)為：2Cu+2H₂SO₄+O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄•5H₂O，即需1mol硫酸，4mol水，所以硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{1mol×98g/mol}{1mol×98g/mol+4mol×18g/mol}$×100%≈57.6%，
故答案為：57.6%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息能力、物質(zhì)分離提純等基本操作等，題目難度中等，要求學(xué)生要有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)和靈活應(yīng)用信息、基礎(chǔ)知識(shí)解決問(wèn)題的能力，注意⑤依據(jù)2Cu+2H₂SO₄+O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄•5H₂O計(jì)算．