Question

7．硫酸銅是一種應(yīng)用極其廣泛的化工原料，銅不能與稀硫酸直接反應(yīng)，本實驗中將適量濃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（裝置如圖1、2所示）
（1）如何檢驗裝置氣密性關(guān)閉K₁、K₂，微熱圓底燒瓶，3中長導(dǎo)管有氣泡冒出，停止加熱長導(dǎo)管中形成一段水柱
（2）實驗過程中通入O₂的作用使生成的氮的氧化物能被完全吸收．3中液體為NaOH溶液
（3）為符合綠色化學(xué)的要求，某研究性學(xué)習(xí)小組進行如下設(shè)計：
方案1：以空氣為氧化劑．將銅粉在儀器B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FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃，即發(fā)生反應(yīng)．反應(yīng)完全后向其中加物質(zhì)甲調(diào)節(jié)pH 3～4，產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，過濾、蒸發(fā)、結(jié)晶，濾渣作催化劑循環(huán)使用（已知Fe（OH）₃和Cu（OH）₂完全沉淀時的PH分別為37.64）
請回答下列問題：
①方案1中的B儀器名稱是坩堝
②方案2中甲物質(zhì)是ab（填字母序號）a．CuO b．CuCO₃ c．NaOH   d．NH₃•H₂O
以加入Fe₂（SO₄）₃為例，用離子方程式解釋反應(yīng)發(fā)生的原因2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺、4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O
方案3：將3.2g銅絲放到45mL 1.5mol？L^-1的稀硫酸中，控溫在50℃．加入18mL 10%的H₂O₂，反應(yīng)0.5小時后，升溫到60℃，持續(xù)反應(yīng)1小時后，過濾、蒸發(fā)結(jié)晶、減壓抽濾等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄•5H₂O 10.6g則過程Cu的利用率為84.8%．

Answer 1

分析 （1）檢驗裝置的氣密性，應(yīng)該先形成密閉體系，在根據(jù)氣體熱脹冷縮的原理檢驗．
（2）Cu與硫酸、硝酸反應(yīng)生成氮的氧化物，通入氧氣可以使其在氫氧化鈉溶液中完全吸收；
（3）①高溫灼燒固體應(yīng)在坩堝中進行；
②調(diào)節(jié)溶液的PH時，不能引進雜質(zhì)離子，且所加的物質(zhì)可以和酸發(fā)生反應(yīng)即可；向反應(yīng)液中加Fe₂（SO₄）₃時，F(xiàn)e₂（SO₄）₃與Cu反應(yīng)生成FeSO₄，亞鐵離子被氧氣氧化為鐵離子；
③根據(jù)銅原子守恒得銅和五水硫酸銅的關(guān)系，求出CuSO₄•5H₂O 質(zhì)量，然后求出產(chǎn)率；對比兩種方案時從能量消耗、產(chǎn)品純度、是否產(chǎn)生有害物質(zhì)等分析．

解答 解：（1）檢驗裝置的氣密性，應(yīng)該先形成密閉體系，則需要關(guān)閉活塞K₁、K₂，微熱圓底燒瓶，燒瓶中氣體膨脹，則3中長導(dǎo)管有氣泡冒出，停止加熱，燒瓶中氣體壓強減小，大氣壓壓著水進入長導(dǎo)管，則長導(dǎo)管中形成一段水柱，
故答案為：關(guān)閉K₁、K₂，微熱圓底燒瓶，3中長導(dǎo)管有氣泡冒出，停止加熱長導(dǎo)管中形成一段水柱；
（2）Cu與硫酸、硝酸反應(yīng)生成氮的氧化物，氮的氧化物屬于有毒氣體用于氫氧化鈉溶液吸收，所以3中液體為氫氧化鈉溶液，通入氧氣可以使氮的氧化物在氫氧化鈉溶液中完全吸收，
故答案為：使生成的氮的氧化物能被完全吸收；NaOH溶液；
（3）①高溫灼燒固體應(yīng)在坩堝中進行，故答案為：坩堝；
②調(diào)節(jié)溶液的PH時，不能引進雜質(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CuO或CuCO₃；向反應(yīng)液中加Fe₂（SO₄）₃時，F(xiàn)e₂（SO₄）₃與Cu反應(yīng)生成FeSO₄，其反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；通入的氧氣能夠把亞鐵離子氧化為鐵離子，其反應(yīng)的離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：ab；2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺、4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
③設(shè)3.2g銅生成五水硫酸銅的質(zhì)量為xg，根據(jù)銅原子守恒得銅和五水硫酸銅的關(guān)系式為：
Cu→CuSO₄•5H₂O
64         250
3.2g        xg
所以x=$\frac{3.2g×250}{64}$=12.5
理論上生成CuSO₄•5H₂O 12.5克，故產(chǎn)率為$\frac{10.6g}{12.5g}$×100%=84.8%，
故答案為：84%．

點評 本題考查了學(xué)生對實驗原理的理解、實驗方案的評價、實驗裝置的理解與評價、常用化學(xué)用語、物質(zhì)推斷、實驗條件控制等，難度中等，應(yīng)根據(jù)實驗?zāi)康乃伎紝嶒炘�理，根�?jù)實驗原理中反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件確定試劑和裝置，通過比較和評價優(yōu)選最佳實驗方案．