Question

（2009?濱州模擬）Ⅰ．化學(xué)興趣小組對(duì)用銅制取硫酸銅晶體的試驗(yàn)方案作研究．甲組同學(xué)將銅粉投入盛有稀硫酸的容器中，不發(fā)生反應(yīng)．他們向容器底部緩緩鼓入氧氣，溶液慢慢變藍(lán)色，若在溶液中放置有些鉑絲，反應(yīng)速率明顯加快．此時(shí)，其他組的同學(xué)提出方案如下：
乙組：Cu

氧氣

△

CuO

稀H2SO4

CuSO₄  
丙組：Cu

硫酸亞鐵

CuSO₄
丁組：Cu

硝酸銀

Cu（NO₃）₂

氫氧化鈉

Cu（OH）₂

稀硫酸

CuSO₄
戊組：Cu

濃H2SO4

△

CuSO₄
（1）甲組試驗(yàn)可用一個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式表示為

2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O

；使反應(yīng)變快的可能原因是

形成了原電池

；從該反應(yīng)器溶液（含有少量H₂SO₄以抑制水解）中取得產(chǎn)品的試驗(yàn)操作步驟應(yīng)為

加熱蒸發(fā)；

、

冷卻結(jié)晶

、

過(guò)濾并洗滌晶體

，取得產(chǎn)品后的殘留物質(zhì)可循環(huán)使用．
（2）可持續(xù)發(fā)展的原則要求化工生產(chǎn)①原理科學(xué)；②能量消耗低；③原料利用率高；④無(wú)污染．則在五組方案中，有科學(xué)性錯(cuò)誤的是

丙

 組方案，有污染的是

戊

組方案，無(wú)污染但能量消耗較高的是

乙

組方案，因此選擇

甲

組方案最好．
Ⅱ．另一化學(xué)興趣小組從化學(xué)手冊(cè)上查得硫酸銅500℃在以上按照下式分解：
CuSO₄

△

CuO+SO₂↑+SO₃↑+O₂↑，便決定設(shè)計(jì)試驗(yàn)測(cè)定反應(yīng)生成的SO₂、SO₃和O₂的物質(zhì)的量，并經(jīng)計(jì)算確定該條件下CuSO₄分解反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)．試驗(yàn)可能用到的儀器如下圖所示：

試驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)及有關(guān)結(jié)果如下；
①準(zhǔn)確稱取6.0g無(wú)水CuSO₄；②在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)干燥管總質(zhì)量增加2.4g；③測(cè)得量筒中水的體積，得出氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為280mL；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，裝置F中的溶液只含NaHSO₄和NaHSO₃．按裝置從左到右的方向，各儀器接口連結(jié)順序?yàn)椋孩佗幄猗蔻茛邰堍啖撷?br />試回答下列問(wèn)題：
（1）裝置F的作用是

吸收SO₃，放出等物質(zhì)的量的SO₂

．
（2）裝置D的作用是

吸收水分，干燥SO₂和O₂

．
（3）為減少測(cè)量氣體體積引起的誤差，應(yīng)注意的事項(xiàng)有：
①裝置內(nèi)氣體的溫度應(yīng)恢復(fù)到室溫．
②

調(diào)節(jié)量筒使其液面與E裝置中的液面持平

，
③

讀曲量筒中液體體積時(shí)，視線與液體的凹液面相平

．
（4）通過(guò)計(jì)算，推斷出該條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式

3CuSO₄

△   .

3CuO+2SO₂↑+SO₃↑+O₂↑

．

Answer 1

分析：I．（1）由題意可知，銅粉投入盛有稀硫酸的容器，緩緩鼓入氧氣，溶液慢慢變藍(lán)色，說(shuō)明生成硫酸銅，根據(jù)元素守恒可知還生成水；
在溶液中放置些鉑絲，形成原電池，反應(yīng)速率加快；
從溶液中獲得晶體，需要加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、洗滌、干燥等；
（2）銅不能與硫酸亞鐵反應(yīng)，方案錯(cuò)誤；Cu和氧氣反應(yīng)需要加熱，消耗能量，無(wú)污染；銅和濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫，由污染；根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的原則判斷最佳方案；
II．（1）加熱硫酸銅生成三氧化硫和氧氣、二氧化硫、和氧化銅，硫酸能和亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成二氧化硫；
（2）濃硫酸具有吸水性，能干燥酸性或中性氣體；
（3）根據(jù)水面的特點(diǎn)明確量筒中液體體積的讀數(shù)方法；
（4）通過(guò)計(jì)算確定生成物之間的物質(zhì)的量關(guān)系，再根據(jù)原子守恒確定反應(yīng)方程式．

解答：解：I．（1）將銅粉投入盛有稀硫酸的容器中，無(wú)反應(yīng)．向容器底部緩緩鼓入氧氣，溶液慢慢變藍(lán)色，說(shuō)明溶液中含有硫酸銅，即銅和氧氣、硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水，反應(yīng)方程式為2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
銅、鉑絲和氧氣、稀硫酸構(gòu)成原電池，加快了化學(xué)反應(yīng)速率，負(fù)極上銅失電子，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水；
從溶液中制取晶體的方法是采用蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌的方法，
故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；形成了原電池；加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾并洗滌晶體；
（2）乙中Cu和氧氣反應(yīng)需要加熱，消耗能量；
丙中銅不能與硫酸亞鐵反應(yīng)，方案錯(cuò)誤；
丁中銅和硝酸銀反應(yīng)制取硝酸銅，硝酸銀的價(jià)格較高，所以耗資大；
戊中銅和濃硫酸反應(yīng)需要 加熱消耗能量高，且反應(yīng)過(guò)程中生成的二氧化硫有毒，有污染；
根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的原則可知最佳方案為甲，
故答案為：丙；戊；乙；甲；
Ⅱ、（1）加熱硫酸銅生成氧化銅、三氧化硫、二氧化硫和氧氣，三氧化硫易溶于水生成硫酸，硫酸能和亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成二氧化硫，所以亞硫酸氫鈉的作用是吸收SO₃，放出等物質(zhì)的量的SO₂，
故答案為：吸收SO₃，放出等物質(zhì)的量的SO₂；
（2）氣體通過(guò)D裝置后還剩二氧化硫和氧氣、水蒸氣，水蒸氣能影響實(shí)驗(yàn)的測(cè)定，所以必須通過(guò)干燥劑吸收水分，所以濃硫酸的作用是：吸收水分，干燥SO₂和O₂，
故答案為：吸收水分，干燥SO₂和O₂；
（3）測(cè)定氣體體積時(shí)，應(yīng)裝置內(nèi)氣體的溫度應(yīng)恢復(fù)到室溫，調(diào)節(jié)量筒使其液面與E裝置中的液面持平，由于量筒中液面是凹液面，所以讀量筒中液體體積時(shí)，視線與液體的凹液面相平，否則會(huì)造成誤差，
故答案為：②調(diào)節(jié)量筒使其液面與E裝置中的液面持平；③讀曲量筒中液體體積時(shí)，視線與液體的凹液面相平；
（4）干燥管C吸收的物質(zhì)是二氧化硫，二氧化硫包括解熱硫酸銅生成的二氧化硫和三氧化硫和水、亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成的二氧化硫，二氧化硫的物質(zhì)的量是

2.4g

64g/mol

=0.0375mol，根據(jù)三氧化硫和亞硫酸氫鈉之間的關(guān)系式知，三氧化硫和亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成的二氧化硫和三氧化硫的物質(zhì)的量相等，所以三氧化硫和原生成的二氧化硫的物質(zhì)的量之和是0.0375mol；測(cè)得量筒B中水的體積，得出氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為280mL，該氣體是氧氣，其物質(zhì)的量是

0.28l

22.4L/mol

=0.0125mol，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等知，原生成的二氧化硫的物質(zhì)的量=

0.0125mol×4

2

=0.025mol，所以生成的三氧化硫的物質(zhì)的量是0.0375mol-0.025mol=0.0125mol；6g無(wú)水CuSO₄的物質(zhì)的量=

6g

160g/mol

=0.0375mol，根據(jù)銅原子守恒知，生成氧化銅的物質(zhì)的量是0.0375mol，所以n（CuSO₄）：n（CuO）：n（SO₂）：n（SO₃）：n（O₂）=0.0375mol：0.0375mol：0.025mol：0.0125mol：0.0125mol=3：3：2：1：1，所以其分解方程式為3CuSO₄

△   .

3CuO+2SO₂↑+SO₃↑+O₂↑，
故答案為：3CuSO₄

△   .

3CuO+2SO₂↑+SO₃↑+O₂↑．

點(diǎn)評(píng)：本實(shí)驗(yàn)題綜合性較強(qiáng)，考查了電化學(xué)知識(shí)、硫酸銅的制備、環(huán)境知識(shí)、實(shí)驗(yàn)基本操作等，難度較大，難點(diǎn)是確定硫酸銅的分解方程式的書寫，注意堿石灰吸收的二氧化硫有部分是硫酸銅分解生成的、部分是三氧化硫和水、亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成的二氧化硫，否則會(huì)導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤．