Question

硫酸銅是生產、生活中常見的物質，下面是某學習小組展開的探究實錄：
Ⅰ、硫酸銅的制備
（1）某學習小組同學利用銅屑、稀硫酸為原料制備硫酸銅．其原理是在高溫條件下將銅粉反復灼燒，使銅充分氧化成氧化銅，再將氧化銅與稀硫酸反應制備硫酸銅，請寫出相應的化學方程式

2Cu+O₂

△   .

2CuO

、

CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O

；
（2）通過查閱資料，同學們找到了一種工業制備硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）的流程，具體如下：將銅絲放到稀硫酸中，控溫在50℃．加入10%的H₂O₂，反應0.5h后，升溫到60℃，持續反應1h后，過濾、蒸發、降溫結晶等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄?5H₂O．
①寫出該工藝流程生成CuSO₄的化學方程式

Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O

；
②在上述生產過程中，控制溫度在50℃和60℃加熱的原因為

防止H₂O₂受熱分解

，
③上述生產流程的優點有

耗能少

（寫出一種即可）；
④在過濾時，采用了右圖所示的裝置，你認為這樣做的優點是

加快過濾的速度

；
Ⅱ、硫酸銅的應用及相關實驗
（1）波爾多液是用硫酸銅和石灰乳配成的一種天藍色、粘稠的懸濁液，其有效成分是Cu₄（OH）₆SO₄，其中銅元素的化合價為

+2價

，該化學式可以寫成鹽和堿的形式

CuSO₄?3Cu（OH）₂

，其殺菌機理可看作是Cu²⁺使病原菌失去活性，這說明病原菌的主體是

蛋白質

（填一種有機物名稱）．
（2）為驗證Al的化學性質比銅活潑，小怡做了以下實驗，現象如下表：

	Al片（未打磨）	Al片（打磨）
CuSO4溶液 （5%，5mL）	無變化，數小時后鋁片上附有極少氣泡，幾乎無紅色物質	極少氣泡，附著極少紅色物質，持續較長時間
CuSO4溶液 （10%，5mL）	無變化，數小時后鋁片附有稍多氣泡，僅有極少紅色斑點	稍多氣泡，附著極少（多于5%）紅色物質，持續較長時間
CuCl2溶液 （5%，5mL）	多量氣泡，迅速出現紅色物質，很快溶液變成無色，且溫度升高	更多量氣泡，迅速出現紅色物質，很快溶液變成無色，且溫度升高

認真分析上表，回答下列問題：
①鋁和銅鹽溶液反應速率與

鋁片是否打磨

、

硫酸銅溶液的濃度

和

不同的銅鹽

有關，同時說明銅鹽溶液中的Cl^-能

加快

（填“加快”或“抑制”）反應速率，若實驗室沒有CuCl₂溶液，則可以在CuSO₄溶液中加入少許

鹽酸

（填物質名稱），以使實驗現象更為明顯；
②該反應過程要

放熱

（填“吸熱”或“放熱”）．經檢驗，產生的氣體是一種能燃燒的單質，該氣體是

H₂

（填化學式）；
Ⅲ、硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）中結晶水（xH₂O）含量的測定
在老師的指導下，學習小組取12.5g硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）進行熱分解，獲得相關數據，并繪制成固體質量-溫度的關系如下圖．

（1）在加熱過程中，隨著水分的蒸發，固體顏色將由藍色逐漸變為

白

色，最終變為黑色；
（2）寫出固體質量由10.7g變為8.9g時的化學方程式

CuSO₄?xH₂O

△   .

CuSO₄+xH₂O↑

；
（3）650℃以上時，硫酸銅固體就會發生分解，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

2CuSO₄

△   .

2CuO+2SO₂↑+O₂↑

；
（4）根據圖中數據，計算CuSO₄?xH₂O中的CuSO₄的質量分數．（要求：根據x的值進行計算，CuSO₄的相對分子質量：160，H₂O的相對分子質量：18）

Answer 1

分析：Ⅰ（1）根據銅和氧氣反應生成氧化銅以及氧化銅和硫酸反應生成硫酸銅和水進行解答；
（2）根據銅和過氧化氫以及硫酸反應生成硫酸銅和水、從環保角度對兩套方案的不同部分進行比較進行解答；
Ⅱ（1）根據化合物中各元素的代數和為0以及重金屬鹽能使蛋白質變性進行解答；
（2）根據鋁和銅鹽溶液反應速率與鋁片是否打磨、硫酸銅溶液的濃度以及不同的銅鹽有關進行解答；
Ⅲ根據硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）是藍色的，失去結晶水后變為白色，然后設計提取的有關問題；最后考查學生的計算能力．

解答：解：Ⅰ（1）銅和氧氣反應生成氧化銅，氧化銅和硫酸反應生成硫酸銅和水，化學方程式分別為2Cu+O₂

△   .

2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
（2）①銅和過氧化氫以及硫酸反應生成硫酸銅和水，化學方程式為Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
②H₂O₂受熱易分解，溫度應該控制在50℃到60℃之間；
③從環保角度對兩套方案的不同部分進行比較，方案一第一步灼燒會產生污染空氣的氣體，粉塵，煙霧，由此可知方案2更合理；
④在過濾時，采用了右圖所示的裝置，你認為這樣做的優點是加快過濾的速度；
Ⅱ（1）由化合物中各元素的代數和為0以及氫氧根的化合價為-1價，硫酸根的化合價為-2價可知Cu₄（OH）₆SO₄，其中銅元素的化合價為+2價；該化學式可以寫成鹽和堿的形式：CuSO₄?3Cu（OH）₂；重金屬鹽能使蛋白質變性，所以殺菌機理可看作是Cu²⁺使病原菌失去活性，這說明病原菌的主體是蛋白質；
（2）①鋁和銅鹽溶液反應速率與鋁片是否打磨、硫酸銅溶液的濃度以及不同的銅鹽有關；同時說明銅鹽溶液中的Cl^-能加快反應速率，若實驗室沒有CuCl₂溶液，則可以在CuSO₄溶液中加入少許鹽酸；
②該反應過程要放熱；經檢驗，產生的氣體是一種能燃燒的單質，該氣體是氫氣，化學式為H₂；
Ⅲ（1）硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）是藍色的，失去結晶水后變為白色；
（2）硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）是藍色的，失去結晶水后生成硫酸銅和水，化學方程式CuSO₄?xH₂O

△   .

CuSO₄+xH₂O↑；
（3）650℃以上時，硫酸銅固體就會發生分解，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2CuSO₄

△   .

2CuO+2SO₂↑+O₂↑；
（4）由圖示數據和“到650℃時該固體完全失去結晶水”可知，結晶水的質量為：12.5g-8g=4.5g
CuSO₄?xH₂O

△   .

CuSO₄+xH₂O↑．
160+18x               18x
12.5g                 4.5g

160+18x

12.5g

=

18x

4.5g

x=5
CuSO₄?5H₂O中的CuSO₄的質量分數=

160

160+18×5

×100%=64%
答：CuSO₄?xH₂O中的CuSO₄的質量分數為64%．
故答案為：Ⅰ（1）2Cu+O₂

△   .

2CuO；CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；（2）①Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；②防止H₂O₂受熱分解；③耗能少；④加快過濾的速度；
Ⅱ（1）+2價；CuSO₄?3Cu（OH）₂；蛋白質；（2）①鋁片是否打磨；硫酸銅溶液的濃度；不同的銅鹽；加快；鹽酸；②放熱；H₂；
Ⅲ（1）白；（2）CuSO₄?xH₂O

△   .

CuSO₄+xH₂O↑；（3）2CuSO₄

△   .

2CuO+2SO₂↑+O₂↑；（4）64%．

點評：該題為硫酸銅的知識為線索，考查了多方面的知識，難度較大．