Question

7．某研究性學習小組利用廢銅制取CuSO₄：
（1）甲學生進行了下列實驗：取含6.4g銅的廢銅和10ml　18ml•L^-1濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱，起到反應完畢，最后發現燒瓶中還有銅片剩余．他根據自己所學的化學知識，認為燒瓶中還有較多的硫酸剩余．你認為他的判斷是否正確是，其理由是：隨著反應的進行硫酸濃度變小，稀硫酸不與銅反應．寫出相關的化學方程式：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂+2H₂O．
（2）乙同學認為甲設計的實驗方案不好，他自己設計的思路是：2Cu+O₂═2CuO；CuO+H₂SO₄
═CuSO₄+H₂O．對比甲的方案，乙同學的優點是：硫酸用量少，且沒有污染物SO₂產生．
（3）丙同學采用向含有廢銅屑的熱的稀H₂SO₄中，不斷通入空氣也能制備CuSO₄，請寫出相關的化學方程式：2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）銅與濃硫酸在加熱條件下反應生成硫酸銅、二氧化硫氣體和水；由于只有濃硫酸才能和銅反應．而隨著反應的進行硫酸濃度變小，稀硫酸不與銅反應，所以有硫酸剩余；
（2）從反應的理論可行性，實際可操作性，經濟廉價性，環保安全性等方面進行考慮分析，對比甲乙反應過程分析可知，甲：濃硫酸直接核銅反應，會產生SO₂，污染環境，且硫酸的用量也多，乙同學設計的制備過程，生成等量的硫酸銅消耗硫酸最少，反應過程中無二氧化硫污染氣體生成；
（3）銅和稀硫酸混合在加熱的條件下不斷通入空氣，反應生成硫酸銅與水．

解答 解：（1）在加熱條件下，銅與濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫氣體和水，反應方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，銅在金屬活動順序表中排在氫的后面，不與稀硫酸反應，由于只有濃硫酸才能和銅反應．而隨著反應的進行硫酸濃度變小，稀硫酸不與銅反應，所以燒瓶中還有較多的硫酸剩余，
故答案為：是；隨著反應的進行硫酸濃度變小，稀硫酸不與銅反應；Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）對比兩種設計方案：甲：Cu+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂↑+CuSO₄+2H₂O，
乙：2Cu+O₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，可以看出制取等量的硫酸銅，乙方案消耗的硫酸少，并且產物中沒有有毒氣體，
故答案為：硫酸用量少，且沒有污染物SO₂產生；
（3）銅和稀硫酸混合在加熱的條件下不斷通入空氣，反應生成硫酸銅與水，方程式為2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O．
故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O．

點評 本題通過利用廢銅制取CuSO₄考查濃硫酸的化學性質和綠色化學，側重考查硫酸銅制備的方案評價，注意實驗方案設計應理論正確、操作簡單可行、經濟節約、綠色環保，題目難度中等．