Question

某化學興趣小組提出可以用含銅廢料制備藍色膽礬(CuSO₄·XH₂O)。

查閱資料：

Ⅰ 過氧化氫在常溫下會緩慢分解為氧氣和水。對其水溶液加熱、光照或加催化劑（如MnO₂）都會促進其分解。

Ⅱ CuSO₄·XH₂O易溶于水難溶于酒精，加熱時會逐步失去結晶水，最終生成CuSO₄。

Ⅲ 白色粉末CuSO₄易與水化合生成CuSO₄·XH₂O

I、硫酸銅晶體的制備

方案1：毛毛同學根據已學知識，提出了制備硫酸銅方案：

方案2：方舟同學查閱資料歸納了一種工業制備硫酸銅的流程：

(1)上述方案1中加熱攪拌的作用是  ，形成藍色溶液的化學反應方程式是：   。

(2)方案2中，加入H₂O₂后要求溫度控制在50℃到60℃是為了防止  。

(3)從環保角度對兩套方案的不同部分進行比較，你認為方案   （填1或2）更合理。理由是：     。

(4)方案中“一系列操作”依次為：過濾、、冷卻結晶、（填序號）。

A.蒸發濃縮     B.加水稀釋    C.加水溶解    D.過濾

(5)溶液M、N都是CuSO₄的　　（選填“飽和”、“不飽和”或“不一定飽和”）溶液，向其中加入無水CuSO₄，均會析出硫酸銅晶體，這是因為　　。

⑹所得硫酸銅晶體需要洗滌后晾干，最合適的洗滌試劑是 。

A.冷蒸餾水     B. 95%的酒精      C.熱蒸餾水 

II、硫酸銅晶體(CuSO₄·xH₂O)中結晶水(xH₂O)含量的測定

  

學習小組取12.5g硫酸銅晶體(CuSO₄·xH₂O)進行加熱分解，獲得相關數據，并繪制成固體質量一溫度的關系圖。

(7) 258℃時，固體完全變成白色粉末。根據圖中數據，計算CuSO₄·xH₂O中x的值為     。（請寫出計算過程，3分）

(8)加熱過程中，硫酸銅晶體分步失去結晶水。請寫出45℃到110℃時反應方程式

(9) 580℃以上時，硫酸銅粉末就會發生分解，生成黑色金屬氧化物、二氧化硫及氧氣，此反應的化學方程式為     

 

Answer 1

【答案】

⑴加快反應速率  CuO＋H₂SO₄==CuSO₄＋H₂O 

⑵H₂O₂受熱分解

⑶ 2     避免灼燒廢料產生的污染

⑷ A  D

⑸飽和   CuSO₄＋H₂O ==CuSO₄·XH₂O 硫酸銅粉末與水化合后，飽和溶液中溶劑減少  

⑹B

⑺5

⑻CuSO₄·4H₂O CuSO₄·H₂O＋3H₂O↑

⑼2CuSO₄ 2CuO＋2SO₂↑＋O₂↑

【解析】

試題分析：I 、(1)在方案1中，由于加熱可增加反應物分子的運動速率，攪拌會使反應物混合更均勻，故可增加反應物相互接觸的機會，因此加熱攪拌的作用是加快反應速率；根據題意分析，形成藍色溶液的現象的反應是氧化銅與硫酸反應，生成硫酸銅和水，故化學反應的方程式是CuO＋H₂SO₄=CuSO₄＋H₂O。

（2）根據資料可知，“對過氧化氫的水溶液加熱、光照或加催化劑（如MnO₂）都會促進其分解”，故在方案2中，加入H₂O₂后要求溫度控制在50℃到60℃，是為了防止其受熱分解。

（3）從環保的角度分析可知，由于甲方案的第一步是灼燒，會產生一些污染空氣的氣體，粉塵，煙霧等，即會污染空氣，由此可知方案2更合理。

（4）根據圖示，結合已有的部分操作步驟分析，因為過濾后的濾液要進行冷卻結晶，故需先進行蒸發濃縮A，這樣才好對其冷卻結晶；又由于最終要得到的是硫酸銅晶體，故結晶后還需過濾D、洗滌和干燥等。

（5）根據圖示，溶液M、N都是析出硫酸銅晶體后的溶液，即均不能繼續溶解硫酸銅，故均屬于硫酸銅的飽和溶液；向硫酸銅的飽和溶液中加入無水CuSO₄，由于硫酸銅粉末能與水化合，故飽和溶液中的溶劑會減少了，則會有相應的溶質的析出。

（6）根據資料可知，CuSO₄·XH₂O易溶于水難溶于酒精，故可用少量95%的酒精洗滌硫酸銅晶體，這樣可減少硫酸銅晶體因溶于水而有部分損失。故選B

II、(7)根據資料，CuSO₄·XH₂O加熱時會逐步失去結晶水，最終生成CuSO₄，結合題意，“258℃時，固體完全變成白色粉末”，說明此時硫酸銅晶體(CuSO₄·xH₂O)已完全分解生成硫酸銅和水，則該反應可表示CuSO₄?xH₂O△CuSO₄+xH₂O；再結合圖中數據可知，258℃時，剩余固體質量為8g，則根據膽礬晶體受熱分解的化學方程式和膽礬與硫酸銅的質量，以及它們之間的固定質量比，就可計算出膽礬晶體中x的值。

CuSO₄?xH₂O△CuSO₄+xH₂O

160+18x     160

12.50g       8g

（160+18x）：160=12.50g：8g

解得，x=5

（8）根據題意，加熱過程中，硫酸銅晶體會分步失去結晶水，故可將反應表示為CuSO₄?5H₂O△CuSO₄?mH₂O+(5-m)H₂O；結合圖中數據可知，45℃時，剩余固體質量為11.6g，則根據反應的方程式和兩固體的質量、以及質量比，可計算出其中m的值。

CuSO₄?5H₂O△CuSO₄?mH₂O+(5-m)H₂O

250         160+18m

12.5g       11.6g

250:(160+18m)= 12.5g:11.6g

解得，m=4，

即此時所得晶體為CuSO₄?4H₂O；

同理，根據圖中數據110℃時，剩余固體質量為8.9g，同樣可計算出所得晶體中所含結晶水的量，可設所得晶體為CuSO₄?nH₂O，則有

CuSO₄?5H₂O△CuSO₄?nH₂O+(5-n)H₂O

250         160+18n

12.5g       8.9g

250:(160+18n)= 12.5g:8.9g

解得，n=1，

即此時所得晶體為CuSO₄?H₂O，

故45℃到110℃時反應的方程式為CuSO₄?4H₂O△CuSO₄?H₂O+3H₂O。

(9) 根據題意，580℃以上時，硫酸銅粉末就會發生分解，生成黑色金屬氧化物、二氧化硫及氧氣，根據質量守恒定律中的元素守恒可知，該金屬氧化物應是氧化銅，故此反應的化學方程式為 2CuSO₄ 2CuO＋2SO₂↑＋O₂↑。

考點：物質的相互轉化和制備，化學實驗方案設計與評價，有關元素化合價的計算，書寫化學方程式，根據化學反應方程式的計算

點評：本題難度較大，考查了多方面的知識，并側重考查了學生運用所學化學知識綜合分析和解決實際問題的能力，關于根據化學反應方程式的計算，解題的關鍵是要抓住“加熱過程中，硫酸銅晶體會分步失去結晶水”這句話，然后根據相關的化學反應方程式，并依據已知量對未知的應求量進行求解計算即可。