Question

13．CuSO_4•5H₂O是一種重要的化工原料．實驗室以Cu為原料制取CuSO₄•5H₂O有如下方法：
方法一：Cu$→_{高溫灼燒}^{空氣}$CuO$\stackrel{稀硫酸}{→}$CuSO₄溶液$→_{過濾}^{結(jié)晶}$CuSO₄•5H₂O
（1）該方法中金屬銅應在坩堝（填儀器名稱）中灼燒．
方法二：空氣→$→_{過濾}^{調(diào)節(jié)PH_{3}-4}$CuSO₄溶液$→_{過濾}^{結(jié)晶}$CuSO₄•5H₂O
（2）該方法中少量Fe₂（SO₄）₃起催化作用，其催化機理為（用離子方程式表示）
Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺，4H⁺+O₂+4Fe²⁺═4Fe³⁺+2H₂O．調(diào)節(jié)溶液PH3～4，可使Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，調(diào)節(jié)時加入的試劑為CuO、CuCO₃、Cu（OH）₂．
方法三：$\stackrel{40℃-50℃}{→}$CuSO₄溶液$→_{過濾}^{結(jié)晶}$CuSO₄•5H₂O
（3）①該方法中首先要將Cu與稀硫酸和稀硝酸混合．為了只得到CuSO₄溶液，需向100mLl.0moI•L^-1稀硝酸中加入150mL 1.0mol•L^-1稀硫酸與之混合．
②Cu與稀硫酸和稀硝酸的反應裝置如圖甲所示：
實驗室中對圓底燒瓶加熱的最佳方式是水浴加熱；
裝置中圓底燒瓶上方長導管的作用是導氣兼冷凝回流．
③下列可做為圖乙中尾氣收集或吸收裝置的是AC（填字母）．
（提示：2NO₂+2NaOH═NaNO₂+NaNO₂+H₂O，NO₂+NO+2NaOH═2NaNO₂+H₂O）
（4）上述方法中，方法一耗能大，方法二步驟多，方法三生成有毒氣體．請綜合考慮有關設計因素設計一個實驗室制備CuSO₄•5H₂O的方案流程圖．
供選擇的試劑：Cu、Cl₂、KMnO₄、H₂O₂、濃硫酸、稀鹽酸、稀硫酸等．

Answer 1

分析 （1）灼燒固體應在坩堝中進行，據(jù)此答題；
（2）亞鐵離子能被空氣中的氧氣氧化成鐵離子，調(diào)節(jié)pH值要能與酸反應且不引入新的雜質(zhì)，同時不能使銅離子沉淀；
（3）①Cu與稀硫酸和稀硝酸混合，為了只得到CuSO₄溶液，硝酸只能全部做氧化劑生成一氧化氮，根據(jù)電子得失守恒可計算硝酸的物質(zhì)的量；
②根據(jù)反應的條件可判斷加熱方式，硝酸易揮發(fā)，所以要冷凝回流，同時導管能導氣；
③NO難溶于水，可以用排水法收集，反應的尾氣為NO，要與氧氣反應后才能被氫氧化鈉吸收，據(jù)此選擇裝置；
（4）根據(jù)題中提供的藥品可知，實驗室制備CuSO₄•5H₂O較好的方法是在硫酸溶液中用雙氧水氧化銅，為保證反應速率可適當加熱，得硫酸銅溶液后再通過蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾得CuSO₄•5H₂O，據(jù)此答題．

解答 解：（1）灼燒固體應在坩堝中進行，
故答案為：坩堝；
（2）亞鐵離子能被空氣中的氧氣氧化成鐵離子，反應的離子方程式為4H⁺+O₂+4Fe²⁺═4Fe³⁺+2H₂O，調(diào)節(jié)pH值要能與酸反應且不引入新的雜質(zhì)，同時不能使銅離子沉淀，所以加入的試劑為CuO、CuCO₃、Cu（OH）₂等，
故答案為：4H⁺+O₂+4Fe²⁺═4Fe³⁺+2H₂O；CuO、CuCO₃、Cu（OH）₂；
（3）①Cu與稀硫酸和稀硝酸混合，為了只得到CuSO₄溶液，硝酸只能全部做氧化劑生成一氧化氮，根據(jù)電子得失守恒可知，1mol硝酸能氧化1.5mol銅，同時也消耗1.5mol硫酸，所以100mLl.0moI•L^-1稀硝酸即含有0.1mol硝酸中加入1.0mol•L^-1稀硫酸的體積為150mL，
故答案為：150；
②該反應的條件為40℃-50℃，所以可以用水浴加熱的方式，硝酸易揮發(fā)，所以要用圓底燒瓶上方長導管冷凝回流，同時導管能導氣，
故答案為：水浴加熱；導氣兼冷凝回流；
③NO難溶于水，可以用排水法收集，反應的尾氣為NO，要與氧氣反應后才能被氫氧化鈉吸收，所以選擇AC裝置，
故答案為：AC；
（4）根據(jù)題中提供的藥品可知，實驗室制備CuSO₄•5H₂O較好的方法是在硫酸溶液中用雙氧水氧化銅，為保證反應速率可適當加熱，得硫酸銅溶液后再通過蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾得CuSO₄•5H₂O，所以實驗方案的流程圖為，
故答案為：．

點評 本題以以Cu為原料制取CuSO₄•5H₂O為載體考查了實驗基本操作、實驗原理分析、實驗方案的設計等，題目綜合性強，難度中等，答題時注意元素化合物質(zhì)的基礎知識的靈活運用．