Question

2．某化學(xué)興趣小組探究在實(shí)驗(yàn)室中由Cu為原料制取CuSO₄溶液的實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行評(píng)價(jià)分析、實(shí)驗(yàn)探究和方案改進(jìn)．
【實(shí)驗(yàn)方案】
方案一：Cu$→_{△}^{O_{2}}$CuO$\stackrel{稀H_{2}SO_{4}}{→}$CuSO₄
方案二：Cu$→_{H_{2}O_{2}}^{稀H_{2}SO_{4}}$CuSO₄[Cu+H₂O₂+H₂SO₄（稀）═CuSO₄+2H₂O]
方案三：Cu$→_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CuSO₄[Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O]
方案四：Cu$\stackrel{Fe_{2}（SO_{4}）_{3}}{→}$CuSO₄[Cu+Fe₂（SO₄）₃═CuSO₄+2FeSO₄]
方案五：Cu$→_{稀HNO_{3}}^{稀H_{2}SO_{4}}$CuSO₄[3Cu+3H₂SO₄（�。�+2HNO₃（�。┄T3CuSO₄+2NO↑+4H₂O]
【評(píng)價(jià)分析】
（1）方案二與方案一相比，優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)的操作步驟不需要走分步進(jìn)行和不需要加熱．但工業(yè)上不采用方案二大量使用H₂O₂制硫酸銅的原因是成本高．
（2）方案三與方案一、二相比，缺點(diǎn)是生成相同質(zhì)量硫酸銅時(shí)消耗硫酸多和反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生SO₂．生產(chǎn)生活中大量的SO₂排放到空氣中容易形成酸雨．
【實(shí)驗(yàn)探究】
（3）老師設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)方案四：

已知：①4FeSO₄+O₂+2H₂SO₄（�。┄T2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O
          ②溶液中pH=3.2時(shí)Fe（OH）₃開始沉淀，實(shí)驗(yàn)流程中“濾渣”的化學(xué)式為Fe（OH）₃，濾渣與稀H₂SO₄反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Fe（OH）₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+6H₂O．
【方案改進(jìn)】
（4）某同學(xué)針對(duì)方案五查閱資料：Cu與稀H₂SO₄和稀HNO₃的混合酸反應(yīng)時(shí)，生成的無(wú)色NO氣體很容易在常溫下與空氣中的O₂反應(yīng)，生成紅棕色，有刺激性氣味的有毒氣體NO₂：NO₂溶于H₂O時(shí)生成HNO₃和NO，工業(yè)上利用這一生產(chǎn)原理生產(chǎn)HNO₃．NO₂溶于H₂O的化學(xué)反應(yīng)方程式為3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，若采用方案五制取CuSO₄溶液，根據(jù)上述查閱資料所獲得的反應(yīng)原理，改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案中可循環(huán)使用的物質(zhì)是NO₂（填化學(xué)式）．

Answer 1

分析 （1）不同的實(shí)驗(yàn)方案，優(yōu)缺點(diǎn)不同；
（2）空氣中二氧化硫含量過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生酸雨；
（3）氫氧化鐵和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水；
（4）根據(jù)反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件及其質(zhì)量守恒定律可以書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式．

解答 解：（1）方案二與方案一相比，優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)的操作步驟不需要走分步進(jìn)行和不需要加熱；
但工業(yè)上不采用方案二大量使用H₂O₂制硫酸銅的原因是：需要消耗大量的過(guò)氧化氫，成本高．
故填：不需要加熱；成本高．
（2）方案三與方案一、二相比，缺點(diǎn)是生成相同質(zhì)量硫酸銅時(shí)消耗硫酸多和反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生SO₂；
生產(chǎn)生活中大量的SO₂排放到空氣中時(shí)，二氧化硫能和水反應(yīng)生成亞硫酸、硫酸等物質(zhì)，容易形成酸雨．
故填：生成相同質(zhì)量硫酸銅時(shí)消耗硫酸多；酸雨．
（3）②溶液中pH=3.2時(shí)Fe（OH）₃開始沉淀，實(shí)驗(yàn)流程中“濾渣”是氫氧化鐵，氫氧化鐵的化學(xué)式為Fe（OH）₃；
氫氧化鐵與稀H₂SO₄反應(yīng)生成硫酸鐵和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為；2Fe（OH）₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+6H₂O．
故填：Fe（OH）₃；2Fe（OH）₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+6H₂O．
（4）NO₂溶于H₂O時(shí)生成HNO₃和NO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
若采用方案五制取CuSO₄溶液，根據(jù)上述查閱資料所獲得的反應(yīng)原理，改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案中可循環(huán)使用的物質(zhì)是NO₂．
故填：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；NO₂．

點(diǎn)評(píng) 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，是得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提，因此要學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，為學(xué)好化學(xué)知識(shí)奠定基礎(chǔ)．