Question

18．坐落于揚(yáng)州寶應(yīng)的江蘇寶勝集團(tuán)是一家以生產(chǎn)電纜類(lèi)產(chǎn)品為主的國(guó)家大型企業(yè)．在電纜生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定量的含銅廢料（如：零碎電纜）．某化學(xué)興趣小組的四位同學(xué)得知這一情況后，圍繞“從含銅廢料中回收銅”提出了各自的看法．甲同學(xué)根據(jù)已學(xué)知識(shí)，提出了一套回收方案：

乙同學(xué)在查閱資料后得知：在通入空氣并加熱的條件下，銅可與稀硫酸在溶液中發(fā)生反應(yīng)
（方程式為：2Cu+2H₂SO₄+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O），于是他提出了另一套方案：

（1）甲方案的①②③三個(gè)步驟中，與銅或銅的化合物有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式分別是：
①2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO；
②CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O；
③Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu．
（2）從環(huán)保角度對(duì)兩套方案的不同部分進(jìn)行比較，你認(rèn)為乙（填“甲”或“乙”）的方案更合理．理由是：甲方案第一步“灼燒”會(huì)產(chǎn)生污染空氣的氣體、粉塵、煙霧．
（3）丙認(rèn)為，無(wú)論是甲還是乙的方案，在“加鐵屑”這一步時(shí)，應(yīng)該加入略過(guò)量的鐵屑．你認(rèn)為丙這么說(shuō)的道理是：“確保CuSO₄用完”或“將Cu完全置換出來(lái)”（合理即可）．
（4）丁又提出了疑問(wèn)：“如果鐵過(guò)量，剩余的鐵會(huì)混在紅色粉末中，該怎么處理呢？”．請(qǐng)?zhí)岢瞿愕南敕ǎ簩⑺�得銅粉酸洗后再洗滌、干燥或過(guò)濾前在加適量的酸以除去剩余的鐵粉．
（5）最后，老師肯定了同學(xué)們的積極思考，但同時(shí)指出：方案最后一步所得淺綠色濾液結(jié)晶后，會(huì)得到一種俗稱(chēng)“綠礬”的工業(yè)產(chǎn)品，可增加經(jīng)濟(jì)效益．請(qǐng)寫(xiě)出使“綠礬”結(jié)晶的兩種可能方法：蒸發(fā)、降溫（“綠礬”溶解度隨溫度升高而增大）．如果直接排放掉濾液，不僅造成了浪費(fèi)，還會(huì)水污染或環(huán)境污染．
（6）若上述方案所用的稀硫酸溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.8%，問(wèn)每1000mL98%的濃硫酸（密度為1.84g/mL）能配制出這種稀硫酸4900g，需水3060mL（水的密度為1.0g/mL）．在實(shí)驗(yàn)室中稀釋濃硫酸時(shí)，是如何操作的：將濃硫酸沿玻璃棒加入水中．
（7）根據(jù)乙同學(xué)查出的方程式（2Cu+2H₂SO₄+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 2CuSO₄+2H₂O）計(jì)算：如果1000mL98%的濃硫酸（密度為1.84g/mL）稀釋后全部參加了反應(yīng)（假設(shè)硫酸不和碎電纜皮、其他雜質(zhì)反應(yīng)），所能處理的廢料中含純銅多少克？（請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程，結(jié)果精確到0.1克．）

Answer 1

分析 “從含銅廢料中回收銅”符合綠色化學(xué)的理念，再回收利用中，設(shè)計(jì)了兩套方案，處理有關(guān)問(wèn)題，并進(jìn)行評(píng)價(jià)．甲方案中：發(fā)生的有關(guān)化學(xué)方程式為：①2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO；②CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O；③Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu．但“灼燒”會(huì)產(chǎn)生污染空氣的氣體、粉塵、煙霧，所以不如乙方案更合理；然后設(shè)計(jì)提取的有關(guān)問(wèn)題；最后考查學(xué)生的計(jì)算能力及體驗(yàn)回收成果，增強(qiáng)成就感．

解答 解：（1）由題意，甲方案中：發(fā)生的有關(guān)化學(xué)方程式為：①2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO；②CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O；③Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；
（2）從環(huán)保的角度，乙方案更合理，甲方案的“灼燒”會(huì)產(chǎn)生污染空氣的氣體、粉塵、煙霧；
（3）加入略過(guò)量的鐵屑的目的是“確保CuSO₄用完”或“將Cu完全置換出來(lái)”；
（4）多余的鐵粉可以利用鐵和酸反應(yīng)除去；
（5）蒸發(fā)、降溫都能使“綠礬”結(jié)晶出來(lái)，直接排放掉濾液，不僅造成了浪費(fèi)，還會(huì)造成環(huán)境污染或水污染；
（6）設(shè)稀硫酸的質(zhì)量為x，則36.8%x=1000mL×1.84g/mL×98%，得x=4900g；需要水的體積：（4900g-1000mL×1.84g/mL）÷1.0g/mL=3060mL；
稀釋濃硫酸的方法是：將濃硫酸沿?zé)�杯壁緩緩倒入水中，并用玻璃棒不斷攪拌�?br />（7）由題意，列式計(jì)算即可．
故答案為：（1）①2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO；②CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O；③Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；
（2）乙；甲方案第一步“灼燒”會(huì)產(chǎn)生污染空氣的氣體、粉塵、煙霧；
（3）“確保CuSO₄用完”或“將Cu完全置換出來(lái)”（合理即可）；
（4）將所得銅粉酸洗后再洗滌、干燥或過(guò)濾前在加適量的酸以除去剩余的鐵粉；
（5）蒸發(fā)、降溫；水污染或環(huán)境污染；
（6）4900，3060；將濃硫酸沿玻璃棒加入水中；
（7）解：設(shè)所能處理的廢料中純銅質(zhì)量為x．
2Cu+2H₂SO₄+O₂?2CuSO₄+2H₂O
2×64  2×98
x    1000mL×1.84g/mL×98%
 $\frac{2×64}{x}$=$\frac{2×98}{1000mL×1.84g/mL×98%}$   
x=1177.6g
答：所能處理的廢料中含純銅1177.6克．

點(diǎn)評(píng) 本題探討了“從含銅廢料中回收銅”的有關(guān)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了不同的方案，并進(jìn)行評(píng)價(jià)，考察了考生的思考、探討、評(píng)價(jià)等諸多能力．