Question

（11分）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）理論上硫酸和硝酸的物質的量之比最佳為：    ︰    ；

（2）實際上，即使銅粉、硫酸及硝酸都比較純凈，制得的CuSO₄·5H₂O中還是有可能存在的雜質是            ，除去這種雜質的實驗操作稱為                     。

（3）為符合綠色化學的要求，某研究性學習小組進行如下設計：

方案甲：以空氣為氧化劑。將銅粉在___________（填儀器名稱）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。

方案乙：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。向反應液中加少量FeSO₄，即發生反應，生成硫酸銅。反應完全后，加物質甲調節pH ，鐵元素全部沉淀（一般認為鐵離子的濃度下降到10^-5 mol·L^-1，就認為沉淀完全），然后過濾、濃縮、結晶。

已知：K_sp[Cu((OH)₂]≈10^-22， K_sp[Fe((OH)₂]≈10^-16, K_sp[Fe((OH)₃]≈10^-38

請回答下列問題：

①為了使鐵元素全部沉淀，應調節pH至少為_________；

②甲物質可選用的是             ；

A.CuCl₂    B.NaOH   C.Cu₂(OH)₂CO₃  D.CuO   E.H₂SO₄

③反應中加入少量FeSO₄對銅的氧化可以起催化作用。其反應過程是：第1步，4Fe²⁺+O₂+4H⁺==4Fe³⁺+2H₂O，請寫出其第2歩反應的離子方程式                。

方案丙：將銅絲放到一定量的稀硫酸中，加入適量的H₂O₂，并控溫在50℃~60℃，持續反應1 h，也能獲得硫酸銅。請回答下列問題：

④反應時溫度必須控制在50℃~60℃，溫度不宜過高的主要原因是                ；

⑤寫出該反應的化學方程式為                                。

 

Answer 1

（1）3∶2 (1分)   （2）Cu(NO₃)₂(1分)   重結晶(1分)

（3）坩堝(1分)   ①3  (1分)   ②CD(1分)

③2Fe³⁺+Cu==2Fe²⁺+Cu²⁺(2分)

④防止雙氧水分解(1分)  

⑤Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O(2分)

解析:（1）得到1mol硫酸銅需要轉移2mol電子，根據得失電子守恒可知，需要硝酸2/3mol，理論上硫酸和硝酸的物質的量之比最佳為3︰2。

（2）因為反應中硝酸不可能完全被還原，所以有可能存在硝酸銅，可通過重結晶來除雜。

（3）銅是固體，灼燒需放在坩堝中。當鐵離子的濃度等于10^-5 mol·L^-1時，根據[Fe((OH)₃]≈10^-38可得出OH^－的濃度為mol/L，所以其pH至少應為3。甲物質是用來調節溶液的酸堿性的，又因為不能引入新的雜質，所以選擇CD。雙氧水不穩定，易分解，且溫度越高，越易分解。