Question

Ⅰ．化學興趣小組對用銅制取硫酸銅晶體的試驗方案作研究．甲組同學將銅粉投入盛有稀硫酸的容器中，不發生反應．他們向容器底部緩緩鼓入氧氣，溶液慢慢變藍色，若在溶液中放置有些鉑絲，反應速率明顯加快．此時，其他組的同學提出方案如下：
乙組：CuCuOCuSO₄  
丙組：CuCuSO₄
丁組：CuCu（NO₃）₂Cu（OH）₂CuSO₄
戊組：CuCuSO₄
（1）甲組試驗可用一個化學反應方程式表示為______；使反應變快的可能原因是______；從該反應器溶液（含有少量H₂SO₄以抑制水解）中取得產品的試驗操作步驟應為______、______、______，取得產品后的殘留物質可循環使用．
（2）可持續發展的原則要求化工生產①原理科學；②能量消耗低；③原料利用率高；④無污染．則在五組方案中，有科學性錯誤的是______ 組方案，有污染的是______組方案，無污染但能量消耗較高的是______組方案，因此選擇______組方案最好．
Ⅱ．另一化學興趣小組從化學手冊上查得硫酸銅500℃在以上按照下式分解：
CuSO₄CuO+SO₂↑+SO₃↑+O₂↑，便決定設計試驗測定反應生成的SO₂、SO₃和O₂的物質的量，并經計算確定該條件下CuSO₄分解反應方程式中各物質的化學計量數．試驗可能用到的儀器如下圖所示：

試驗測得數據及有關結果如下；
①準確稱取6.0g無水CuSO₄；②在試驗結束時干燥管總質量增加2.4g；③測得量筒中水的體積，得出氣體在標準狀況下的體積為280mL；試驗結束時，裝置F中的溶液只含NaHSO₄和NaHSO₃．按裝置從左到右的方向，各儀器接口連結順序為：①⑨⑩⑥⑤③④⑧⑦②
試回答下列問題：
（1）裝置F的作用是______．
（2）裝置D的作用是______．
（3）為減少測量氣體體積引起的誤差，應注意的事項有：
①裝置內氣體的溫度應恢復到室溫．
②______，
③______．
（4）通過計算，推斷出該條件下反應的化學方程式______ 3CuO+2SO₂↑+SO₃↑+O₂↑

Answer 1

【答案】分析：I．（1）由題意可知，銅粉投入盛有稀硫酸的容器，緩緩鼓入氧氣，溶液慢慢變藍色，說明生成硫酸銅，根據元素守恒可知還生成水；
在溶液中放置些鉑絲，形成原電池，反應速率加快；
從溶液中獲得晶體，需要加熱蒸發、冷卻結晶、洗滌、干燥等；
（2）銅不能與硫酸亞鐵反應，方案錯誤；Cu和氧氣反應需要加熱，消耗能量，無污染；銅和濃硫酸反應生成二氧化硫，由污染；根據可持續發展的原則判斷最佳方案；
II．（1）加熱硫酸銅生成三氧化硫和氧氣、二氧化硫、和氧化銅，硫酸能和亞硫酸氫鈉反應生成二氧化硫；
（2）濃硫酸具有吸水性，能干燥酸性或中性氣體；
（3）根據水面的特點明確量筒中液體體積的讀數方法；
（4）通過計算確定生成物之間的物質的量關系，再根據原子守恒確定反應方程式．
解答：解：I．（1）將銅粉投入盛有稀硫酸的容器中，無反應．向容器底部緩緩鼓入氧氣，溶液慢慢變藍色，說明溶液中含有硫酸銅，即銅和氧氣、硫酸反應生成硫酸銅和水，反應方程式為2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
銅、鉑絲和氧氣、稀硫酸構成原電池，加快了化學反應速率，負極上銅失電子，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水；
從溶液中制取晶體的方法是采用蒸發、冷卻結晶、過濾、洗滌的方法，
故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；形成了原電池；加熱蒸發、冷卻結晶、過濾并洗滌晶體；
（2）乙中Cu和氧氣反應需要加熱，消耗能量；
丙中銅不能與硫酸亞鐵反應，方案錯誤；
丁中銅和硝酸銀反應制取硝酸銅，硝酸銀的價格較高，所以耗資大；
戊中銅和濃硫酸反應需要 加熱消耗能量高，且反應過程中生成的二氧化硫有毒，有污染；
根據可持續發展的原則可知最佳方案為甲，
故答案為：丙；戊；乙；甲；
Ⅱ、（1）加熱硫酸銅生成氧化銅、三氧化硫、二氧化硫和氧氣，三氧化硫易溶于水生成硫酸，硫酸能和亞硫酸氫鈉反應生成二氧化硫，所以亞硫酸氫鈉的作用是吸收SO₃，放出等物質的量的SO₂，
故答案為：吸收SO₃，放出等物質的量的SO₂；
（2）氣體通過D裝置后還剩二氧化硫和氧氣、水蒸氣，水蒸氣能影響實驗的測定，所以必須通過干燥劑吸收水分，所以濃硫酸的作用是：吸收水分，干燥SO₂和O₂，
故答案為：吸收水分，干燥SO₂和O₂；
（3）測定氣體體積時，應裝置內氣體的溫度應恢復到室溫，調節量筒使其液面與E裝置中的液面持平，由于量筒中液面是凹液面，所以讀量筒中液體體積時，視線與液體的凹液面相平，否則會造成誤差，
故答案為：②調節量筒使其液面與E裝置中的液面持平；③讀曲量筒中液體體積時，視線與液體的凹液面相平；
（4）干燥管C吸收的物質是二氧化硫，二氧化硫包括解熱硫酸銅生成的二氧化硫和三氧化硫和水、亞硫酸氫鈉反應生成的二氧化硫，二氧化硫的物質的量是=0.0375mol，根據三氧化硫和亞硫酸氫鈉之間的關系式知，三氧化硫和亞硫酸氫鈉反應生成的二氧化硫和三氧化硫的物質的量相等，所以三氧化硫和原生成的二氧化硫的物質的量之和是0.0375mol；測得量筒B中水的體積，得出氣體在標準狀況下的體積為280mL，該氣體是氧氣，其物質的量是=0.0125mol，根據氧化還原反應中得失電子數相等知，原生成的二氧化硫的物質的量==0.025mol，所以生成的三氧化硫的物質的量是0.0375mol-0.025mol=0.0125mol；6g無水CuSO₄的物質的量==0.0375mol，根據銅原子守恒知，生成氧化銅的物質的量是0.0375mol，所以n（CuSO₄）：n（CuO）：n（SO₂）：n（SO₃）：n（O₂）=0.0375mol：0.0375mol：0.025mol：0.0125mol：0.0125mol=3：3：2：1：1，所以其分解方程式為3CuSO₄3CuO+2SO₂↑+SO₃↑+O₂↑，
故答案為：3CuSO₄3CuO+2SO₂↑+SO₃↑+O₂↑．
點評：本實驗題綜合性較強，考查了電化學知識、硫酸銅的制備、環境知識、實驗基本操作等，難度較大，難點是確定硫酸銅的分解方程式的書寫，注意堿石灰吸收的二氧化硫有部分是硫酸銅分解生成的、部分是三氧化硫和水、亞硫酸氫鈉反應生成的二氧化硫，否則會導致計算錯誤．