Question

實驗室用銅制取硫酸銅，將適量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。
(1)為了節約原料，硫酸和硝酸的最佳物質的量之比為________ ；為了吸收該反應中產生的尾氣，可選擇的最佳裝置是________(填序號)。

(2)為符合綠色化學的要求，某研究性學習小組進行如下設計。
方案1：以空氣為氧化劑。將銅粉在儀器N中反復灼燒，使銅與空氣充分反應生成氧化銅，再使氧化銅與稀硫酸反應。
方案2：將空氣或氧氣直接通入到銅粉與烯硫酸的混合物中，發現在常溫下幾乎不反應。向反應液中加少量FeSO₄，再通入空氣或氧氣，即發生反應，生成硫酸銅。反應完全后，加入物質甲調節pH，鐵元素全部轉化為Fe(OH)₃沉淀(一般當鐵離子的濃度下降到10^－5mol·L^－1時，就認為沉淀完全)，然后過濾、濃縮、結晶。
(已知：常溫下，K_sp[Cu(OH)₂]＝10^－22，K_sp[Fe(OH)₃]＝10^－38)
請回答下列問題：
①方案1中儀器N的名稱是________。
②方案2中為了使鐵元素全部沉淀，應調節pH至少為________。
③方案2中甲物質可選用________(填序號)。

A．CaO

B．NaOH

C．CuCO3

D．Cu2(OH)2CO3 E．Fe2(SO4)3

④方案2反應中加入少量FeSO₄可加速銅的氧化，用離子方程式解釋其原因：___________________________________________。

Answer 1

(1)3∶2　B
(2)①坩堝　②3.0　③CD
④4Fe^2＋＋O₂＋4H^＋=4Fe^3＋＋2H₂O、2Fe^3＋＋Cu=2Fe^2＋＋Cu^2＋

(1)3Cu＋3H₂SO₄＋2HNO₃=3CuSO₄＋2NO↑＋4H₂O，因此硫酸和硝酸的最佳物質的量之比為3∶2。NO與氫氧化鈉溶液不反應，必須先使其與氧氣反應生成NO₂才能被氫氧化鈉溶液吸收，故A錯誤，C、D的吸收效果不佳，最佳裝置為B。(2)②c³(OH^－)＝＝10^－33，解得c(OH^－)＝10^－11(mol·L^－1)，故pH＝3.0。③根據Fe^3＋＋3H₂O??Fe(OH)₃＋3H^＋，可加入 CuCO₃、Cu₂(OH)₂CO₃等促使平衡正向移動，從而生成氫氧化鐵沉淀而除去Fe^3＋，并且不引入新雜質。