Question

16．某課外興趣小組探究利用廢銅屑制取CuSO₄溶液，設計了以下幾種實驗方案：
方案一：以銅和濃硫酸反應制備硫酸銅溶液．方案二：將廢銅屑在空氣中灼燒后再投入稀硫酸．和方案一相比，方案二的優點是不產生污染空氣的SO₂氣體，制取等量的CuSO₄溶液，消耗的硫酸量少；
方案二的實驗中，發現容器底部殘留少量紫紅色固體，再加入稀硫酸依然不溶解，該固體為Cu．

（1）方案三的實驗流程如圖1所示：溶解過程中有氣體放出，該氣體是O₂．隨著反應的進行，生成氣體速度加快，推測可能的原因反應產生的Cu²⁺對H₂O₂分解有催化作用．
（2）設計實驗證明你的推測取H₂O₂溶液，向其中滴加CuSO₄溶液，觀察產生氣泡的速率是否加快．
（3）方案四的實驗流程如圖2所示：為了得到較純凈的硫酸銅溶液，硫酸和硝酸的物質的量之比應為3：2．
（4）對方案四進行補充完善，設計一個既能防止污染，又能實現物料循環的實驗方案（用流程圖表示）．

Answer 1

分析 方案一：第一個方案中放出的有毒氣體二氧化硫會造成對空氣的污染；第二個方案銅和氧氣加熱生成氧化銅，氧化銅和硫酸反應產生硫酸銅和水，因此反應過程中沒有污染物，且原料的利用率高，方案二的實驗中，發現容器底部殘留少量紫紅色固體，為銅，不溶于稀硫酸；
方案二：（1）方案三的實驗流程如圖1中，雙氧水反應氧化還原反應生成O₂；隨著反應的進行，生成氣體速度加快，可能是反應產生的Cu²⁺對H₂O₂分解有催化作用；
（2）取H₂O₂溶液，向其中滴加CuSO₄溶液，如果產生氣泡的速率加快，則證明Cu²⁺對H₂O₂分解有催化作用，否則，沒有；
（3）根據離子方程式，3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，反應消耗2mol硝酸，生成3mol硫酸銅，故為了得到較純凈的硫酸銅溶液，硫酸和硝酸的物質的量之比應為3：2；
（4）設計實驗方案時，為防止NO污染空氣，應通入空氣氧化NO為NO₂，用水吸收后，生成HNO₃再循環利用．

解答 解：方案一：第一個方案中放出的有毒氣體二氧化硫會造成對空氣的污染；第二個方案銅和氧氣加熱生成氧化銅，氧化銅和硫酸反應產生硫酸銅和水，因此反應過程中沒有污染物，且原料的利用率高，方案二的實驗中，發現容器底部殘留少量紫紅色固體，為銅，不溶于稀硫酸；
故答案為：不產生污染空氣的SO₂氣體，制取等量的CuSO₄溶液，消耗的硫酸量少；Cu；
方案二：（1）方案三的實驗流程如圖1中，雙氧水反應氧化還原反應生成O₂；隨著反應的進行，生成氣體速度加快，可能是反應產生的Cu²⁺對H₂O₂分解有催化作用，
故答案為：O₂；反應產生的Cu²⁺對H₂O₂分解有催化作用；
（2）取H₂O₂溶液，向其中滴加CuSO₄溶液，如果產生氣泡的速率加快，則證明Cu²⁺對H₂O₂分解有催化作用，否則，Cu²⁺對H₂O₂分解沒有催化作用；
故答案為：取H₂O₂溶液，向其中滴加CuSO₄溶液，觀察產生氣泡的速率是否加快；
（3）根據離子方程式，3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，反應消耗2mol硝酸，生成3mol硫酸銅，故為了得到較純凈的硫酸銅溶液，硫酸和硝酸的物質的量之比應為3：2，故答案為：3：2；
（4）設計實驗方案時，為防止NO污染空氣，應通入空氣氧化NO為NO₂，用水吸收后，生成HNO₃再循環利用，
，故答案為：．

點評 此題難度較大，依據題目的要求結合反應原理分析即可；分析一個反應的可行性要從多方面分析，如從反應的可行性，環保安全，操作簡便，經濟節能方面考慮．