Question

7．硫酸銅是一種應用極其廣泛的化工原料，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）如何檢驗裝置氣密性關閉K₁、K₂，微熱圓底燒瓶，3中長導管有氣泡冒出，停止加熱長導管中形成一段水柱
（2）實驗過程中通入O₂的作用使生成的氮的氧化物能被完全吸收．3中液體為NaOH溶液
（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：
方案1：以空氣為氧化劑．將銅粉在儀器B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 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37.64）
請回答下列問題：
①方案1中的B儀器名稱是坩堝
②方案2中甲物質是ab（填字母序號）a．CuO b．CuCO₃ c．NaOH   d．NH₃•H₂O
以加入Fe₂（SO₄）₃為例，用離子方程式解釋反應發生的原因2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺、4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O
方案3：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0.5小時后，升溫到60℃，持續反應1小時后，過濾、蒸發結晶、減壓抽濾等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄•5H₂O 10.6g則過程Cu的利用率為84.8%．

Answer 1

分析 （1）檢驗裝置的氣密性，應該先形成密閉體系，在根據氣體熱脹冷縮的原理檢驗．
（2）Cu與硫酸、硝酸反應生成氮的氧化物，通入氧氣可以使其在氫氧化鈉溶液中完全吸收；
（3）①高溫灼燒固體應在坩堝中進行；
②調節溶液的PH時，不能引進雜質離子，且所加的物質可以和酸發生反應即可；向反應液中加Fe₂（SO₄）₃時，Fe₂（SO₄）₃與Cu反應生成FeSO₄，亞鐵離子被氧氣氧化為鐵離子；
③根據銅原子守恒得銅和五水硫酸銅的關系，求出CuSO₄•5H₂O 質量，然后求出產率；對比兩種方案時從能量消耗、產品純度、是否產生有害物質等分析．

解答 解：（1）檢驗裝置的氣密性，應該先形成密閉體系，則需要關閉活塞K₁、K₂，微熱圓底燒瓶，燒瓶中氣體膨脹，則3中長導管有氣泡冒出，停止加熱，燒瓶中氣體壓強減小，大氣壓壓著水進入長導管，則長導管中形成一段水柱，
故答案為：關閉K₁、K₂，微熱圓底燒瓶，3中長導管有氣泡冒出，停止加熱長導管中形成一段水柱；
（2）Cu與硫酸、硝酸反應生成氮的氧化物，氮的氧化物屬于有毒氣體用于氫氧化鈉溶液吸收，所以3中液體為氫氧化鈉溶液，通入氧氣可以使氮的氧化物在氫氧化鈉溶液中完全吸收，
故答案為：使生成的氮的氧化物能被完全吸收；NaOH溶液；
（3）①高溫灼燒固體應在坩堝中進行，故答案為：坩堝；
②調節溶液的PH時，不能引進雜質離子，且所加的物質可以和酸發生反應即可，所以甲物質為CuO或CuCO₃；向反應液中加Fe₂（SO₄）₃時，Fe₂（SO₄）₃與Cu反應生成FeSO₄，其反應的離子方程式為：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；通入的氧氣能夠把亞鐵離子氧化為鐵離子，其反應的離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：ab；2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺、4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
③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
64         250
3.2g        xg
所以x=$\frac{3.2g×250}{64}$=12.5
理論上生成CuSO₄•5H₂O 12.5克，故產率為$\frac{10.6g}{12.5g}$×100%=84.8%，
故答案為：84%．

點評 本題考查了學生對實驗原理的理解、實驗方案的評價、實驗裝置的理解與評價、常用化學用語、物質推斷、實驗條件控制等，難度中等，應根據實驗目的思考實驗原理，根據實驗原理中反應物的狀態和反應條件確定試劑和裝置，通過比較和評價優選最佳實驗方案．