Question

硫酸銅是一種應用廣泛的化工原料．實驗室中可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所示）．

（1）配制質量分數20%的硫酸需要100mL 98%的濃硫酸（密度為1.84g/cm³）和______mL蒸餾水．配制所需儀器除燒杯、量筒、膠頭滴管外，還需要的儀器有______．
（2）圖1中燒瓶中發生的離子反應方程式為______．
（3）圖2是圖1的改進裝置，其優點有：①______；②______．
為符合綠色化學的要求，某研究性學習小組進行了如下設計：
方案1：以空氣為氧化劑．將銅粉在某儀器A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．反應后，過濾、蒸發、結晶等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄?5H₂O晶體．
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Fe₂（SO₄）₃，即發生反應．反應完全后向其中先后加入物質甲、物質乙，取樣檢驗后，過濾、蒸發、結晶，濾渣可循環使用．[已知Fe（OH）₂、Fe（OH）₃和Cu（OH）₂完全沉淀時的pH分別為9.6、3.7和6.4．]
（4）方案l中的A僅器名稱是______．晶體采用酒精淋洗的優點是______．
（5）方案2中物質甲可以是______（選填答案編號，下同），物質乙可以是______．
a．Cu　　b．CuCO₃　　c．CuO　　d．氨水　　e．氯水　　f．雙氧水
取樣檢驗是為了確認Fe³⁺是否除凈．有同學設計了以下兩種方法：
方法①：取樣于試管→滴加KSCN溶液；方法②：徑向層析→噴KSCN溶液
指出你認為不合理的方法及存在的問題______．
（6）用銅粉制硫酸銅，上述方案1、方案2都不是十分理想，一種更符合綠色化學理念的是在氧氣存在時用熱稀硫酸與銅粉反應，其化學方程式是______．

Answer 1

解：（1）配制質量分數20%的硫酸需要100mL 98%的濃硫酸（密度為1.84g/cm³），設需要水xmL，
由配制溶液前后溶質的質量不變，則×100%=20%，解得x=717.6，濃硫酸稀釋放出大量的熱，應利用玻璃棒不斷攪拌，
故答案為：717.6；玻璃棒；
（2）燒瓶中發生Cu與稀硝酸的氧化還原反應，離子反應為3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）由裝置比較可知，裝置2中多出的裝置能①溶液不導管不直接接觸，防止倒吸，②NO與氧氣及堿反應，使有害氣體能被完全吸收，故答案為：防止倒吸；有害氣體能被完全吸收；
（4）由銅粉在某儀器A中反復灼燒，使銅與空氣充分反應生成氧化銅，則A為坩堝，酒精與水互溶，除去晶體中的水并減少晶體溶解，則晶體采用酒精淋洗的優點是酒精與水互溶且極易揮發，減少晶體溶解，
故答案為：坩堝；酒精與水互溶且極易揮發，減少晶體溶解；
（5）由方案可知，Cu與Fe₂（SO₄）₃反應，應除去亞鐵離子，則加入f將亞鐵離子氧化為鐵離子，再利用bc促進鐵離子水解轉化為沉淀而除去，確認Fe³⁺是否除凈的方法①中Cu²⁺的藍色對檢驗有干擾，故答案為：f；bc；方法①中Cu²⁺的藍色對檢驗有干擾；
（6）在氧氣存在時用熱稀硫酸與銅粉反應生成硫酸銅，該化學反應為2Cu+O₂+2H₂SO₄2CuSO₄+2H₂O，故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄2CuSO₄+2H₂O．
分析：（1）根據配制溶液前后溶質的質量不變計算，濃硫酸配制稀硫酸注意利用玻璃棒不斷攪拌；
（2）燒瓶中發生Cu與稀硝酸的氧化還原反應；
（3）圖2中中間的裝置可防止倒吸，并發生氮的氧化物與水的反應；
（4）由銅粉在某儀器A中反復灼燒，使銅與空氣充分反應生成氧化銅分析；酒精與水互溶，除去晶體中的水并減少晶體溶解；
（5）加入的甲為氧化劑，能氧化亞鐵離子；物質乙起調節pH的作用并除雜；確認Fe³⁺是否除凈應注意銅離子的顏色造成的干擾；
（6）在氧氣存在時用熱稀硫酸與銅粉反應生成硫酸銅，以此書寫化學反應方程式．
點評：本題考查硫酸銅制備實驗方案的設計，明確裝置的作用及發生的氧化還原反應是解答本題的關鍵，注意除雜的方法及物質的成分、性質的差異、鹽類水解的知識來解答，綜合性較強，題目難度較大．