Question

12．鐵、銅等金屬及其化合物在日常生產生活中有非常廣泛的用途．
Ⅰ．實驗室欲模擬工業制備一定量CuSO₄，甲、乙兩同學分別設計實驗方案如下：
甲：Cu$\stackrel{濃CuSO_{4}}{→}$ CuSO₄
乙：Cu$\stackrel{O_{2}}{→}$ CuO$\stackrel{稀H_{2}SO_{4}}{→}$CuSO₄
（1）從綠色化學的角度分析，乙同學的方案更合理，原因是甲方案會生成污染環境的SO₂氣體，乙方案則沒有SO₂氣體生成．
（2）乙同學實驗時通入O₂的速率不宜過大，為便于觀察和控制產生O₂的速率，宜選擇B裝置
（填字母序號）．
（3）請寫出乙同學所選裝置中發生反應的化學方程式：2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑．
Ⅱ．某化學實驗小組通過實驗來探究一包黑色粉是否含有Fe₃O₄、CuO，探究過程如下：

提出假設：
假設1．黑色粉末是CuO；
假設2．黑色粉末是Fe₃O₄；
假設3．黑色粉末是CuO和Fe₃O₄的混合物．
設計探究實驗：
取少量粉末放入足量稀硫酸中，得溶液X，取一定量X于試管中，向其中滴加KSCN溶液．
（1）若假設1成立，則實驗現象是藍色．
（2）若假設2成立，則實驗現象是溶液變為紅色．如何檢驗溶液X中含Fe²⁺離子？取X溶液少許于試管中，向其中滴加少量的酸性KMnO₄溶液，若KMnO₄褪色則證明X溶液中含有Fe²⁺離子，反之則不含．
（3）若假設3成立，需繼續向X溶液加入足量鐵粉，則實驗現象是溶液X中會有氣泡冒出，且紅色的沉淀生成．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）評價實驗方案要從反應的可操作性，生成物的性質，環保節能等方面分析．由于硝酸與銅直接反應時會生成有毒的氮氧化物，第一個方案環保并且使用的硫酸量較小進行分析；
（2）實驗時通入O₂的速率不宜過大，為便于觀察和控制產生O₂的速率，分析裝置可知，利用分液漏斗控制加入水的量，觀察濃硫酸中氣泡的快慢知道產生氧氣的速率；
（3）根據（2）的分析可知，產生氧氣是用過氧化鈉與水反應，產物除了氧氣外還有氫氧化鈉；
Ⅱ、（1）如果假設1成立，則氧化銅與稀硫酸反應生成硫酸銅溶液，硫酸銅溶液呈藍色，滴加KSCN溶液后溶液無明顯變化；
（2）如果假設2成立，Fe₃O₄與稀硫酸反應生成硫酸鐵和硫酸亞鐵的混合溶液，三價鐵離子遇到KSCN顯血紅色，亞鐵離子能使高錳酸鉀溶液褪色，據此可以檢驗亞鐵離子的存在；
（3）如果假設3成立，CuO和Fe₃O₄的混合物溶于稀硫酸生成硫酸鐵和硫酸亞鐵及硫酸銅混合溶液，加和足量的鐵粉，鐵粉與銅離子反應置換出銅，同時鐵粉與過量的稀硫酸反應會產生氫氣，據此答題．

解答 解：Ⅰ、（1）甲方案中放出的有毒氣體氮氧化物會造成對空氣的污染，因此，從保護環境的角度來看，甲方案不合理；乙方案銅和氧氣加熱生成氧化銅，氧化銅和硝酸反應產生硝酸銅和水，因此反應過程中沒有污染物，且原料的利用率高；
故答案為：乙；甲方案會生成污染環境的SO₂氣體，乙方案則沒有SO₂氣體生成；
（2）實驗時通入O₂的速率不宜過大，為便于觀察和控制產生O₂的速率，分析裝置可知，利用分液漏斗控制加水的量能達到要求，裝置B中生成的氧氣通過濃硫酸可以干燥氧氣，同時觀察氣體氣泡冒出的速率控制生成氧氣的速率，所以選擇B裝置；
故答案為：B；
（3）根據（2）的分析可知，產生氧氣是用過氧化鈉與水反應，產物除了氧氣外還有氫氧化鈉，反應的方程式為2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，
故答案為：2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；
Ⅱ、（1）如果假設1成立，則氧化銅與稀硫酸反應生成硫酸銅溶液，硫酸銅溶液呈藍色，滴加KSCN溶液后溶液無明顯變化，
故答案為：藍；
（2）如果假設2成立，Fe₃O₄與稀硫酸反應生成硫酸鐵和硫酸亞鐵的混合溶液，三價鐵離子遇到KSCN顯紅色，所以反應現象為溶液變為紅色，亞鐵離子能使高錳酸鉀溶液褪色，所以檢驗亞鐵離子的方法是取X溶液少許于試管中，向其中滴加少量的酸性KMnO₄溶液，若KMnO₄褪色則證明X溶液中含有Fe²⁺離子，反之則不含，
故答案為：溶液變為紅色；取X溶液少許于試管中，向其中滴加少量的酸性KMnO₄溶液，若KMnO₄褪色則證明X溶液中含有Fe²⁺離子，反之則不含；
（3）如果假設3成立，CuO和Fe₃O₄的混合物溶于稀硫酸生成硫酸鐵和硫酸亞鐵及硫酸銅混合溶液，加和足量的鐵粉，鐵粉與銅離子反應置換出銅，同時鐵粉與過量的稀硫酸反應會產生氫氣，所以實驗現象為溶液X中會有氣泡冒出，且紅色的沉淀生成，
故答案為：溶液X中會有氣泡冒出，且紅色的沉淀生成．

點評 本題考查了物質成分探究實驗，題目涉及的知識點比較多，可以根據信息及所學知識，合理分析得出正確結論，本題難度中等，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．