硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料．铜不能与稀硫酸直接反应，本实验中将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与

Question

硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料．铜不能与稀硫酸直接反应，本实验中将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全，通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体（装置如图所示）．（1）写出烧瓶中发生反应的化学方程式为：______．（2）为符合绿色化学的要求，某研究性学习小组进行如下设计：第一组：以空气为氧化剂法方案1：以空气为氧化剂．将铜粉在仪器B中反复灼烧，使铜与空气充分反应生成氧化铜，再将氧化铜与稀硫酸反应．方案2：将空气或氧气直接通入到铜粉与稀硫酸的混合物中，发现在常温下几乎不反应．向反应液中加FeSO4或Fe2（SO4）3，即发生反应．反应完全后向其中加物质甲调节pH 3～4，产生Fe（OH）3沉淀，过滤、浓缩、结晶，滤渣作催化剂循环使用．已知： 沉淀物 Fe（OH）3 Cu（OH）2 Fe（OH）2 开始沉淀pH 2.7 4.8 7.6 完全沉淀pH 3.7 6.4 9.6请回答下列问题：①方案1中的B仪器名称是______．②方案2中甲物质是______，最后所得晶体中可能含有______ （填字母序号）A、CaO B、NaOH C、CuCO3 D、FeSO4 E、Fe2（SO4）3 F、FeSO4?7H2O第二组：过氧化氢为氧化剂法将3.2g铜丝放到45mL 1.5mol?L-1的稀硫酸中，控温在50℃．加入18mL 10%的H2O2，反应0.5h后，升温到60℃，持续反应1h后，过滤、蒸发浓缩、减压抽滤等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO4?5H2O 10.5g．请回答下列问题：③加热时温度不宜过高的原因是______，写出组装减压抽滤装置的注意点______．（至少二点）④本实验CuSO4?5H2O的产率为______．上述两种氧化法中，更符合绿色化学理念的______（填“第一组”或“第二组”），理由是______．

Answer 1

（1）铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，随着反应的进行，浓硝酸变成稀硝酸，稀硝酸和铜反应生成硝酸铜和一氧化氮、水，反应方程为：Cu+H₂SO₄+2HNO₃=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
故答案为：Cu+H₂SO₄+2HNO₃=CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O；
（2）①高温灼烧固体应在坩埚中进行，故答案为：坩埚；
②调节溶液的PH时，不能引进杂质离子，且所加的物质可以和酸发生反应即可，所以甲物质为CuCO₃；向反应液中加FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃时，Fe₂（SO₄）₃与Cu反应生成FeSO₄，结晶时以FeSO₄?7H₂O形式析出；故答案为：C；F；
③根据双氧水加热易分解的性质分析，过氧化氢不稳定，温度过高易分解生成水和氧气；减压过滤可加快过滤速度，并能得到较干燥的沉淀，所用仪器为吸滤瓶、安全瓶、抽气泵，操作时滤纸不得大于布氏漏斗底且覆盖所有小孔；橡皮塞插入部分不超过三分之二；布氏漏斗颈口斜面与吸滤瓶支管口相对；安全瓶中导管与吸滤瓶相连短与抽滤泵相连长；
故答案为：防止双氧水分解；滤纸不得大于布氏漏斗底且覆盖所有小孔；橡皮塞插入部分不超过三分之二；布氏漏斗颈口斜面与吸滤瓶支管口相对；安全瓶中导管与吸滤瓶相连短与抽滤泵相连长；
④设3.2g铜生成五水硫酸铜的质量为xg，根据铜原子守恒得铜和五水硫酸铜的关系式为：
Cu→CuSO₄?5H₂O 
64g     250g
3.2g     xg
所以x=12.5
理论上生成CuSO₄?5H₂O 12.5克，故产率为

10.5g

12.5g

×100%=84%；
第一组方案1需要灼烧，所以多消耗能源；第一组方案2所得产品含有铁元素杂质，产品不纯；第一组方案1产生有毒气体氮的氧化物，而第二组方案几乎不产生有害气体，且所得产品纯度较高；
故答案为：84%； 第一组方案1需要灼烧，多消耗能源；第一组方案2所得产品含有铁元素杂质；而第二组方案几乎不产生有害气体，且所得产品纯度较高．