Question

2．某化學興趣小組探究在實驗室中由Cu為原料制取CuSO₄溶液的實驗方案，并進行評價分析、實驗探究和方案改進．
【實驗方案】
方案一：Cu$→_{△}^{O_{2}}$CuO$\stackrel{稀H_{2}SO_{4}}{→}$CuSO₄
方案二：Cu$→_{H_{2}O_{2}}^{稀H_{2}SO_{4}}$CuSO₄[Cu+H₂O₂+H₂SO₄（稀）═CuSO₄+2H₂O]
方案三：Cu$→_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CuSO₄[Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O]
方案四：Cu$\stackrel{Fe_{2}（SO_{4}）_{3}}{→}$CuSO₄[Cu+Fe₂（SO₄）₃═CuSO₄+2FeSO₄]
方案五：Cu$→_{稀HNO_{3}}^{稀H_{2}SO_{4}}$CuSO₄[3Cu+3H₂SO₄（稀）+2HNO₃（稀）═3CuSO₄+2NO↑+4H₂O]
【評價分析】
（1）方案二與方案一相比，優點是實驗的操作步驟不需要走分步進行和不需要加熱．但工業上不采用方案二大量使用H₂O₂制硫酸銅的原因是成本高．
（2）方案三與方案一、二相比，缺點是生成相同質量硫酸銅時消耗硫酸多和反應會產生SO₂．生產生活中大量的SO₂排放到空氣中容易形成酸雨．
【實驗探究】
（3）老師設計了如下的實驗方案四：

已知：①4FeSO₄+O₂+2H₂SO₄（稀）═2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O
          ②溶液中pH=3.2時Fe（OH）₃開始沉淀，實驗流程中“濾渣”的化學式為Fe（OH）₃，濾渣與稀H₂SO₄反應的化學方程式為2Fe（OH）₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+6H₂O．
【方案改進】
（4）某同學針對方案五查閱資料：Cu與稀H₂SO₄和稀HNO₃的混合酸反應時，生成的無色NO氣體很容易在常溫下與空氣中的O₂反應，生成紅棕色，有刺激性氣味的有毒氣體NO₂：NO₂溶于H₂O時生成HNO₃和NO，工業上利用這一生產原理生產HNO₃．NO₂溶于H₂O的化學反應方程式為3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，若采用方案五制取CuSO₄溶液，根據上述查閱資料所獲得的反應原理，改進的實驗方案中可循環使用的物質是NO₂（填化學式）．

Answer 1

分析 （1）不同的實驗方案，優缺點不同；
（2）空氣中二氧化硫含量過高時，會導致產生酸雨；
（3）氫氧化鐵和稀硫酸反應生成硫酸鐵和水；
（4）根據反應物、生成物、反應條件及其質量守恒定律可以書寫反應的化學方程式．

解答 解：（1）方案二與方案一相比，優點是實驗的操作步驟不需要走分步進行和不需要加熱；
但工業上不采用方案二大量使用H₂O₂制硫酸銅的原因是：需要消耗大量的過氧化氫，成本高．
故填：不需要加熱；成本高．
（2）方案三與方案一、二相比，缺點是生成相同質量硫酸銅時消耗硫酸多和反應會產生SO₂；
生產生活中大量的SO₂排放到空氣中時，二氧化硫能和水反應生成亞硫酸、硫酸等物質，容易形成酸雨．
故填：生成相同質量硫酸銅時消耗硫酸多；酸雨．
（3）②溶液中pH=3.2時Fe（OH）₃開始沉淀，實驗流程中“濾渣”是氫氧化鐵，氫氧化鐵的化學式為Fe（OH）₃；
氫氧化鐵與稀H₂SO₄反應生成硫酸鐵和水，反應的化學方程式為；2Fe（OH）₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+6H₂O．
故填：Fe（OH）₃；2Fe（OH）₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+6H₂O．
（4）NO₂溶于H₂O時生成HNO₃和NO，反應的化學方程式為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
若采用方案五制取CuSO₄溶液，根據上述查閱資料所獲得的反應原理，改進的實驗方案中可循環使用的物質是NO₂．
故填：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；NO₂．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．