Question

三星堆遺址考古的重大發現，揭開了川西平原早期蜀國的面紗，將蜀國的歷史推前了兩千多年，填補了中國考古學、青銅文化、青銅藝術史上的諸多空白．而硫酸銅是濕法冶金應用極早的一種化工原料．銅不能與稀硫酸直接反應，本實驗中將適量濃硝酸分多次加入到銅粉與稀硫酸的混合物中，加熱使之反應完全，通過蒸發、結晶得到硫酸銅晶體（裝置如圖1、2所示）

（1）圖1燒瓶中發生反應的離子方程式為______；
（2）圖2是圖1的改進裝置，其優點有______；
（3）為符合綠色化學的要求，某研究性學習小組進行如下設計：
第一組：以空氣為氧化劑法
方案1：以空氣為氧化劑．將銅粉在①坩堝中反復灼燒，使銅與空氣充分反應生成氧化銅，再將氧化銅與稀硫酸反應．
方案2：將空氣或氧氣直接通入到銅粉與稀硫酸的混合物中，發現在常溫下幾乎不反應．向反應液中加FeSO₄或Fe₂（SO₄）₃，即發生反應．反應完全后向其中加物質甲調節pH到3～4，產生Fe（OH）₃沉淀，過濾、蒸發、結晶，濾渣作催化劑循環使用．[已知Fe（OH）₃和Cu（OH）₂完全沉淀時的pH分別為：3.7、6.4．]請回答下列問題：
①方案2中甲物質是______（填字母序號）．　a．CaO　 b．CuCO₃　 c．CaCO₃
第二組：過氧化氫為氧化劑法
將3.2g銅絲放到45mL 1.5mol?L^-1的稀硫酸中，控溫在50℃．加入18mL 10%的H₂O₂，反應0.5h后，升溫到60℃，持續反應1h后，過濾、蒸發結晶、減壓抽濾等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得到CuSO₄?5H₂O的質量為10.6g．
請回答下列問題：
②加熱時溫度不宜過高的原因是______，根據有關數據計算出制取CuSO₄?5H₂O的產率（實際產量與理論產量的百分比）=______．

Answer 1

解：（1）將適量濃硝酸分多次加入到銅粉與稀硫酸的混合物中，銅粉與稀硫酸不反應，銅與濃硝酸反應，Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，隨著反應的進行，濃硝酸變成稀硝酸，稀硝酸和銅反應生成硝酸銅和一氧化氮、水，3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）改進前，二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮有毒且和水不反應，所以NO、NO₂有毒氣體不能被完全吸收，且二氧化氮和氫氧化鈉反應后，導管內壓強減小，易產生倒吸現象；改進后，通入氧氣，氧氣、一氧化氮、二氧化氮、水反應完全生成硝酸被氫氧化鈉吸收；且中間儲氣瓶有緩沖作用，防止倒吸．
故答案為：可防止倒吸；NO、NO₂有毒氣體能被完全吸收；
（3）①除雜的原則，保證不引入雜質，加入氧化鈣或碳酸鈣都能引進新的雜質，故ac錯誤，故答案為：b；
②過氧化氫不穩定，溫度過高易分解生成水和氧氣；設3.2g銅生成五水硫酸銅的質量為xg，根據銅原子守恒得銅和五水硫酸銅的關系式為：
Cu→CuSO₄?5H₂O
64g 250g
3.2g xg
所以x=12.5
理論上生成CuSO₄?5H₂O 12.5克，故產率為%=84.8%，
故答案為：防止雙氧水分解；84.8%．
分析：（1）銅和濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮和水，隨著反應的進行，濃硝酸變成稀硝酸，稀硝酸和銅反應生成硝酸銅和一氧化氮、水．
（2）根據一氧化氮的性質及尾氣處理裝置分析；
（3）①根據除雜原則：除掉雜質且不引進新的雜質判斷；
②根據雙氧水加熱易分解的性質分析；
點評：本題考查化學實驗，意在考查對化學實驗原理、實驗設計和實驗結論的運用能力．實驗是高考中的重點內容，題型以選擇題和填空題為主，考查的內容常以典型的實驗基本操作及正誤判斷等為主．