Question

某化学兴趣小组提出可以用含铜废料制备蓝色胆矾(CuSO₄·XH₂O)。

查阅资料：

Ⅰ 过氧化氢在常温下会缓慢分解为氧气和水。对其水溶液加热、光照或加催化剂（如MnO₂）都会促进其分解。

Ⅱ CuSO₄·XH₂O易溶于水难溶于酒精，加热时会逐步失去结晶水，最终生成CuSO₄。

Ⅲ 白色粉末CuSO₄易与水化合生成CuSO₄·XH₂O

I、硫酸铜晶体的制备

方案1：毛毛同学根据已学知识，提出了制备硫酸铜方案：

方案2：方舟同学查阅资料归纳了一种工业制备硫酸铜的流程：

(1)上述方案1中加热搅拌的作用是  ，形成蓝色溶液的化学反应方程式是：   。

(2)方案2中，加入H₂O₂后要求温度控制在50℃到60℃是为了防止  。

(3)从环保角度对两套方案的不同部分进行比较，你认为方案   （填1或2）更合理。理由是：     。

(4)方案中“一系列操作”依次为：过滤、、冷却结晶、（填序号）。

A.蒸发浓缩     B.加水稀释    C.加水溶解    D.过滤

(5)溶液M、N都是CuSO₄的　　（选填“饱和”、“不饱和”或“不一定饱和”）溶液，向其中加入无水CuSO₄，均会析出硫酸铜晶体，这是因为　　。

⑹所得硫酸铜晶体需要洗涤后晾干，最合适的洗涤试剂是 。

A.冷蒸馏水     B. 95%的酒精      C.热蒸馏水 

II、硫酸铜晶体(CuSO₄·xH₂O)中结晶水(xH₂O)含量的测定

  

学习小组取12.5g硫酸铜晶体(CuSO₄·xH₂O)进行加热分解，获得相关数据，并绘制成固体质量一温度的关系图。

(7) 258℃时，固体完全变成白色粉末。根据图中数据，计算CuSO₄·xH₂O中x的值为     。（请写出计算过程，3分）

(8)加热过程中，硫酸铜晶体分步失去结晶水。请写出45℃到110℃时反应方程式

(9) 580℃以上时，硫酸铜粉末就会发生分解，生成黑色金属氧化物、二氧化硫及氧气，此反应的化学方程式为     

Answer

⑴加快反应速率  CuO＋H2SO4==CuSO4＋H2O 

⑵H2O2受热分解

⑶ 2     避免灼烧废料产生的污染

⑷ A  D

⑸饱和   CuSO4＋H2O ==CuSO4·XH2O 硫酸铜粉末与水化合后，饱和溶液中溶剂减少  

⑹B

⑺5

⑻CuSO4·4H2O CuSO4·H2O＋3H2O↑

⑼2CuSO4 2CuO＋2SO2↑＋O2↑

【解析】

试题分析：I 、(1)在方案1中，由于加热可增加反应物分子的运动速率，搅拌会使反应物混合更均匀，故可增加反应物相互接触的机会，因此加热搅拌的作用是加快反应速率；根据题意分析，形成蓝色溶液的现象的反应是氧化铜与硫酸反应，生成硫酸铜和水，故化学反应的方程式是CuO＋H2SO4=CuSO4＋H2O。

（2）根据资料可知，“对过氧化氢的水溶液加热、光照或加催化剂（如MnO2）都会促进其分解”，故在方案2中，加入H2O2后要求温度控制在50℃到60℃，是为了防止其受热分解。

（3）从环保的角度分析可知，由于甲方案的第一步是灼烧，会产生一些污染空气的气体，粉尘，烟雾等，即会污染空气，由此可知方案2更合理。

（4）根据图示，结合已有的部分操作步骤分析，因为过滤后的滤液要进行冷却结晶，故需先进行蒸发浓缩A，这样才好对其冷却结晶；又由于最终要得到的是硫酸铜晶体，故结晶后还需过滤D、洗涤和干燥等。

（5）根据图示，溶液M、N都是析出硫酸铜晶体后的溶液，即均不能继续溶解硫酸铜，故均属于硫酸铜的饱和溶液；向硫酸铜的饱和溶液中加入无水CuSO4，由于硫酸铜粉末能与水化合，故饱和溶液中的溶剂会减少了，则会有相应的溶质的析出。

（6）根据资料可知，CuSO4·XH2O易溶于水难溶于酒精，故可用少量95%的酒精洗涤硫酸铜晶体，这样可减少硫酸铜晶体因溶于水而有部分损失。故选B

II、(7)根据资料，CuSO4·XH2O加热时会逐步失去结晶水，最终生成CuSO4，结合题意，“258℃时，固体完全变成白色粉末”，说明此时硫酸铜晶体(CuSO4·xH2O)已完全分解生成硫酸铜和水，则该反应可表示CuSO4?xH2O△CuSO4+xH2O；再结合图中数据可知，258℃时，剩余固体质量为8g，则根据胆矾晶体受热分解的化学方程式和胆矾与硫酸铜的质量，以及它们之间的固定质量比，就可计算出胆矾晶体中x的值。

CuSO4?xH2O△CuSO4+xH2O

160+18x     160

12.50g       8g

（160+18x）：160=12.50g：8g

解得，x=5

（8）根据题意，加热过程中，硫酸铜晶体会分步失去结晶水，故可将反应表示为CuSO4?5H2O△CuSO4?mH2O+(5-m)H2O；结合图中数据可知，45℃时，剩余固体质量为11.6g，则根据反应的方程式和两固体的质量、以及质量比，可计算出其中m的值。

CuSO4?5H2O△CuSO4?mH2O+(5-m)H2O

250         160+18m

12.5g       11.6g

250:(160+18m)= 12.5g:11.6g

解得，m=4，

即此时所得晶体为CuSO4?4H2O；

同理，根据图中数据110℃时，剩余固体质量为8.9g，同样可计算出所得晶体中所含结晶水的量，可设所得晶体为CuSO4?nH2O，则有

CuSO4?5H2O△CuSO4?nH2O+(5-n)H2O

250         160+18n

12.5g       8.9g

250:(160+18n)= 12.5g:8.9g

解得，n=1，

即此时所得晶体为CuSO4?H2O，

故45℃到110℃时反应的方程式为CuSO4?4H2O△CuSO4?H2O+3H2O。

(9) 根据题意，580℃以上时，硫酸铜粉末就会发生分解，生成黑色金属氧化物、二氧化硫及氧气，根据质量守恒定律中的元素守恒可知，该金属氧化物应是氧化铜，故此反应的化学方程式为 2CuSO4 2CuO＋2SO2↑＋O2↑。

考点：物质的相互转化和制备，化学实验方案设计与评价，有关元素化合价的计算，书写化学方程式，根据化学反应方程式的计算