Question

某化学兴趣小组提出可以用含铜废料制备蓝色胆矾(CuSO₄·XH₂O)。

查阅资料：

Ⅰ 过氧化氢在常温下会缓慢分解为氧气和水。对其水溶液加热、光照或加催化剂（如MnO₂）都会促进其分解。

Ⅱ CuSO₄·XH₂O易溶于水难溶于酒精，加热时会逐步失去结晶水，最终生成CuSO₄。

Ⅲ 白色粉末CuSO₄易与水化合生成CuSO₄·XH₂O

I、硫酸铜晶体的制备

方案1：毛毛同学根据已学知识，提出了制备硫酸铜方案：

方案2：方舟同学查阅资料归纳了一种工业制备硫酸铜的流程：

(1)上述方案1中加热搅拌的作用是  ，形成蓝色溶液的化学反应方程式是：   。

(2)方案2中，加入H₂O₂后要求温度控制在50℃到60℃是为了防止  。

(3)从环保角度对两套方案的不同部分进行比较，你认为方案   （填1或2）更合理。理由是：     。

(4)方案中“一系列操作”依次为：过滤、、冷却结晶、（填序号）。

A.蒸发浓缩     B.加水稀释    C.加水溶解    D.过滤

(5)溶液M、N都是CuSO₄的　　（选填“饱和”、“不饱和”或“不一定饱和”）溶液，向其中加入无水CuSO₄，均会析出硫酸铜晶体，这是因为　　。

⑹所得硫酸铜晶体需要洗涤后晾干，最合适的洗涤试剂是 。

A.冷蒸馏水     B. 95%的酒精      C.热蒸馏水 

II、硫酸铜晶体(CuSO₄·xH₂O)中结晶水(xH₂O)含量的测定

  

学习小组取12.5g硫酸铜晶体(CuSO₄·xH₂O)进行加热分解，获得相关数据，并绘制成固体质量一温度的关系图。

(7) 258℃时，固体完全变成白色粉末。根据图中数据，计算CuSO₄·xH₂O中x的值为     。（请写出计算过程，3分）

(8)加热过程中，硫酸铜晶体分步失去结晶水。请写出45℃到110℃时反应方程式

(9) 580℃以上时，硫酸铜粉末就会发生分解，生成黑色金属氧化物、二氧化硫及氧气，此反应的化学方程式为     

 

Answer 1

【答案】

⑴加快反应速率  CuO＋H₂SO₄==CuSO₄＋H₂O 

⑵H₂O₂受热分解

⑶ 2     避免灼烧废料产生的污染

⑷ A  D

⑸饱和   CuSO₄＋H₂O ==CuSO₄·XH₂O 硫酸铜粉末与水化合后，饱和溶液中溶剂减少  

⑹B

⑺5

⑻CuSO₄·4H₂O CuSO₄·H₂O＋3H₂O↑

⑼2CuSO₄ 2CuO＋2SO₂↑＋O₂↑

【解析】

试题分析：I 、(1)在方案1中，由于加热可增加反应物分子的运动速率，搅拌会使反应物混合更均匀，故可增加反应物相互接触的机会，因此加热搅拌的作用是加快反应速率；根据题意分析，形成蓝色溶液的现象的反应是氧化铜与硫酸反应，生成硫酸铜和水，故化学反应的方程式是CuO＋H₂SO₄=CuSO₄＋H₂O。

（2）根据资料可知，“对过氧化氢的水溶液加热、光照或加催化剂（如MnO₂）都会促进其分解”，故在方案2中，加入H₂O₂后要求温度控制在50℃到60℃，是为了防止其受热分解。

（3）从环保的角度分析可知，由于甲方案的第一步是灼烧，会产生一些污染空气的气体，粉尘，烟雾等，即会污染空气，由此可知方案2更合理。

（4）根据图示，结合已有的部分操作步骤分析，因为过滤后的滤液要进行冷却结晶，故需先进行蒸发浓缩A，这样才好对其冷却结晶；又由于最终要得到的是硫酸铜晶体，故结晶后还需过滤D、洗涤和干燥等。

（5）根据图示，溶液M、N都是析出硫酸铜晶体后的溶液，即均不能继续溶解硫酸铜，故均属于硫酸铜的饱和溶液；向硫酸铜的饱和溶液中加入无水CuSO₄，由于硫酸铜粉末能与水化合，故饱和溶液中的溶剂会减少了，则会有相应的溶质的析出。

（6）根据资料可知，CuSO₄·XH₂O易溶于水难溶于酒精，故可用少量95%的酒精洗涤硫酸铜晶体，这样可减少硫酸铜晶体因溶于水而有部分损失。故选B

II、(7)根据资料，CuSO₄·XH₂O加热时会逐步失去结晶水，最终生成CuSO₄，结合题意，“258℃时，固体完全变成白色粉末”，说明此时硫酸铜晶体(CuSO₄·xH₂O)已完全分解生成硫酸铜和水，则该反应可表示CuSO₄?xH₂O△CuSO₄+xH₂O；再结合图中数据可知，258℃时，剩余固体质量为8g，则根据胆矾晶体受热分解的化学方程式和胆矾与硫酸铜的质量，以及它们之间的固定质量比，就可计算出胆矾晶体中x的值。

CuSO₄?xH₂O△CuSO₄+xH₂O

160+18x     160

12.50g       8g

（160+18x）：160=12.50g：8g

解得，x=5

（8）根据题意，加热过程中，硫酸铜晶体会分步失去结晶水，故可将反应表示为CuSO₄?5H₂O△CuSO₄?mH₂O+(5-m)H₂O；结合图中数据可知，45℃时，剩余固体质量为11.6g，则根据反应的方程式和两固体的质量、以及质量比，可计算出其中m的值。

CuSO₄?5H₂O△CuSO₄?mH₂O+(5-m)H₂O

250         160+18m

12.5g       11.6g

250:(160+18m)= 12.5g:11.6g

解得，m=4，

即此时所得晶体为CuSO₄?4H₂O；

同理，根据图中数据110℃时，剩余固体质量为8.9g，同样可计算出所得晶体中所含结晶水的量，可设所得晶体为CuSO₄?nH₂O，则有

CuSO₄?5H₂O△CuSO₄?nH₂O+(5-n)H₂O

250         160+18n

12.5g       8.9g

250:(160+18n)= 12.5g:8.9g

解得，n=1，

即此时所得晶体为CuSO₄?H₂O，

故45℃到110℃时反应的方程式为CuSO₄?4H₂O△CuSO₄?H₂O+3H₂O。

(9) 根据题意，580℃以上时，硫酸铜粉末就会发生分解，生成黑色金属氧化物、二氧化硫及氧气，根据质量守恒定律中的元素守恒可知，该金属氧化物应是氧化铜，故此反应的化学方程式为 2CuSO₄ 2CuO＋2SO₂↑＋O₂↑。

考点：物质的相互转化和制备，化学实验方案设计与评价，有关元素化合价的计算，书写化学方程式，根据化学反应方程式的计算

点评：本题难度较大，考查了多方面的知识，并侧重考查了学生运用所学化学知识综合分析和解决实际问题的能力，关于根据化学反应方程式的计算，解题的关键是要抓住“加热过程中，硫酸铜晶体会分步失去结晶水”这句话，然后根据相关的化学反应方程式，并依据已知量对未知的应求量进行求解计算即可。