Question

实验室用铜制备CuSO ₄ 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：

①写出该反应的离子方程式                ；

②为了节约原料，硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为，n(H ₂ SO 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(Cu)=64g/mol， M(CuSO₄·5H ₂ O) =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 ₂ O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FeSO ₄ ，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。

①物质A可选用以下的                    （填序号）；

A．CaO

B．NaOH

C．CuCO ₃

D．Cu ₂(OH)₂CO ₃

E．Fe₂(SO₄) ₃

②反应中加入少量FeSO ₄ 可加速铜的氧化，FeSO ₄ 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）①3Cu+8H + +2NO 3 - =3Cu 2+ +2NO↑+4H 2O；②3:2；

（2）①双氧水受热易分解造成损耗； ②80％；

（3）①CD；②作催化剂；4Fe2＋＋4H＋+O2＝4Fe3＋＋2H2O；2Fe3++ Cu= 2 Fe2+ +Cu2+；（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）①NO3－在酸性条件下具有强氧化性，离子反应方程式为：3Cu ＋ 8H ＋ ＋ 2NO3－ = 3Cu2 ＋ ＋ 2NO↑ ＋ 4H2O；②按照离子反应方程式的系数投入，需要HNO3提供2molNO3－和2molH ＋ ，，即需要硝酸2mol，硫酸3mol，因此两者的比值为3：2；

（2）①过氧化氢受热易分解，因此温度不宜过高；②乙方案发生反应方程式为：Cu ＋ H2O2 ＋ H2SO4 = CuSO4 ＋ 2H2O，根据反应方程式系数，推出铜丝完全反应，因此理论上产生CuSO4·5H2O的质量为6.4×250/64g = 25g，产率20/25×100% = 80%；

（3）①物质A是调节pH，不能引入新杂质，因此选项C、D正确；②Fe2 ＋ 具有还原性，能被氧气氧化，发生4Fe2 ＋ ＋ O2 ＋ 4H ＋ = 4Fe3 ＋ ＋ 2H2O，铜单质和Fe3 ＋ 反应，发生Cu ＋ 2Fe3 ＋ = 2Fe2 ＋ ＋ Cu2 ＋ ，因此FeSO4为催化剂；

（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）。

考点：考查氧化还原反应方程式的书写、化学计算、实验方案设计的评价等知识。