Question

(15分)某探究小组以硫酸和铜为原料设计如下四种制备硫酸铜晶体的路线：

请回答下列有关问题：

（1）甲方案中第一步发生反应的化学方程式为___________________。

（2）甲、乙、丙方案中，_____方案更合理，原因是________________。

（3）采用乙方案，用废铜、废酸（含HNO₃、H₂SO₄）为主要原料制备硫酸铜晶体，某含有c(HNO₃)=2mol•L^-1，c(H₂SO₄)=4mol•L^-1的废酸混合液100mL（不使用其它酸或氧化剂），最多能制备硫酸铜晶体（CuSO₄ •5H₂O）的质量为___________。

（4）丙方案中灼烧时，应在________中进行（填仪器名称），该实验中的后续操作指的是____________。

（5）丁方案中X可以是试剂，也可以是反应条件：

①若X为试剂，该反应的化学方程式为__________________。

②若X为反应条件，即通电，在虚线框中画出该实验设计图。

Answer

（1）Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O(2分）

（2）丙（l分） 丙方案中硫酸的利用率高且无污染空气的气体产生（2分，或“甲方案有SO2气体产生，污染空气，乙方案有氮的氧化物生成；污染空气”或“甲、乙方案均有污染空气的气体产生”)

（3）75g(2分）（4）坩埚（l分）；蒸发浓缩、冷却结晶、过滤（3分）

（5）①Cu+H2SO4(稀)+H2O2＝CuSO4+2H2O (2分） ②（2分）

【解析】

试题分析：（1）甲方案中Cu与浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应的方程式为Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O；

（2）甲中生成有毒气体二氧化硫，乙中操作复杂且生成有毒气体，只有丙中总反应为2Cu+O2+2H2SO4═2CuSO4+2H2O，不生成有毒气体，则丙方案合理；

（3）n（HNO3）＝0.2mol，n（H2SO4）＝0.4mol，则n（H+）＝1.0mol，由3Cu+8H++2NO3-＝3Cu2++2NO↑+4H2O可知，硝酸完全反应生成的铜离子为0.3mol，由Cu～CuSO4•5H2O可知，CuSO4•5H2O的质量为0.3mol×250g/mol＝75g；

（4）高温灼烧固体应在坩埚中进行，因此仪器应为坩埚；溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铜晶体；

（5）①铜与稀硫酸不反应，若X为试剂，则X应该具有氧化性，因此X是双氧水，该反应的化学方程式为Cu+H2SO4(稀)+H2O2＝CuSO4+2H2O

②若X为反应条件，即通电，这说明该装置是电解池，铜与电源的正极相连，作阳极，电解质是硫酸，阴极可以是石墨，装置如图所示（见答案）。

【考点定位】本题主要是考查物质的制备实验及评价

【名师点晴】该题为高频考点，把握物质的性质、制备实验原理及实验评价为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意发生的氧化还原反应及应用，题目难度中等。易错点是（3）中的计算，注意判断过量问题时依据离子反应方程式进行判断。