Question

实验室用铜制备CuSO₄溶液有多种方案，某实验小组给出了以下三种方案：

请回答有关问题：

（1）甲方案：为了节约原料，硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为，n(H ₂SO ₄ )：n(HNO ₃ )=          。

（2）乙方案：将6.4g铜丝放到90mL 1.5mol·L ^-1的稀硫酸中，控温在50℃。加入40mL 10%的H₂O₂，反应0.5小时，升温到60℃，持续反应1小时后，经一系列操作，得CuSO ₄·5H ₂O 20.0g【已知有关摩尔质量：M(CuSO₄·5H ₂O) =250g/mol】。

①反应时温度控制在50℃~60℃，不宜过高的原因是                    ；

②本实验CuSO₄·5H ₂O的产率为          。

（3）丙方案：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。向反应液中加少量FeSO₄，即发生反应，生成硫酸铜。反应完全后，加物质A调节pH至4 ，然后过滤、浓缩、结晶。

反应中加入少量FeSO₄ 可加速铜的氧化，FeSO₄ 的作用是                    ；

反应过程中的的离子方程式为：                    、                    。

（4）对比甲、乙、丙三种实验方案，丙方案的优点有（写两条）：                    、                    。

Answer

（1）3:2

（2）①双氧水受热易分解造成损耗；②80％

（3）作催化剂（或起催化作用）

4Fe2＋＋4H＋+O2＝4Fe3＋＋2H2O

2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+（两方程式颠倒不得分）

（4）无污染；原料利用率高（或常温下反应，耗能少；原料便宜，成本低等）

【解析】

试题分析：（1）硫酸铜的化学式中Cu2+与SO42-的个数比是1:1，离子方程式中Cu2+与NO3-的个数比是是3:2，所以n(H2SO4)：n(HNO3)=3:2；

（2）①因为过氧化氢受热易分解，温度过高，造成过氧化氢的损失，产率降低；

②604gCu的物质的量是0.1mol，硫酸的物质的量是0.135mol，所以硫酸过量，理论上应生成0.1mol CuSO4·5H2O，质量是25.0g，实际得到CuSO4·5H2O 20.0g，所以CuSO4·5H2O的产率是20.0 g/25.0 g×100%=80%;

（3）反应中加入少量FeSO4可加速铜的氧化，而FeSO4不与溶液中的任何物质反应，所以FeSO4的作用只能是催化剂的作用；反应过程在，Fe2＋先被O2氧化为Fe3＋，4Fe2＋＋4H＋+O2＝4Fe3＋＋2H2O，然后Fe3＋将Cu氧化为Cu2+，2Fe3++ Cu= 2 Fe2+ +Cu2+。

（4）与甲、乙比，丙的优点是不会产生污染，耗能少，原料便宜，节约原料等。

考点：考查硫酸铜的制备实验，对实验的分析能力，优缺点的比较，产率的计算。