Question

（11分）实验室用铜制取硫酸铜，将适量硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全，通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体。

（1）理论上硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为：    ︰    ；

（2）实际上，即使铜粉、硫酸及硝酸都比较纯净，制得的CuSO₄·5H₂O中还是有可能存在的杂质是            ，除去这种杂质的实验操作称为                     。

（3）为符合绿色化学的要求，某研究性学习小组进行如下设计：

方案甲：以空气为氧化剂。将铜粉在___________（填仪器名称）中反复灼烧，使铜与空气充分反应生成氧化铜，再将氧化铜与稀硫酸反应。

方案乙：将空气或氧气直接通入到铜粉与稀硫酸的混合物中，发现在常温下几乎不反应。向反应液中加少量FeSO₄，即发生反应，生成硫酸铜。反应完全后，加物质甲调节pH ，铁元素全部沉淀（一般认为铁离子的浓度下降到10^-5 mol·L^-1，就认为沉淀完全），然后过滤、浓缩、结晶。

已知：K_sp[Cu((OH)₂]≈10^-22， K_sp[Fe((OH)₂]≈10^-16, K_sp[Fe((OH)₃]≈10^-38

请回答下列问题：

①为了使铁元素全部沉淀，应调节pH至少为_________；

②甲物质可选用的是             ；

A.CuCl₂    B.NaOH   C.Cu₂(OH)₂CO₃  D.CuO   E.H₂SO₄

③反应中加入少量FeSO₄对铜的氧化可以起催化作用。其反应过程是：第1步，4Fe²⁺+O₂+4H⁺==4Fe³⁺+2H₂O，请写出其第2歩反应的离子方程式                。

方案丙：将铜丝放到一定量的稀硫酸中，加入适量的H₂O₂，并控温在50℃~60℃，持续反应1 h，也能获得硫酸铜。请回答下列问题：

④反应时温度必须控制在50℃~60℃，温度不宜过高的主要原因是                ；

⑤写出该反应的化学方程式为                                。

 

Answer 1

（1）3∶2 (1分)   （2）Cu(NO₃)₂(1分)   重结晶(1分)

（3）坩埚(1分)   ①3  (1分)   ②CD(1分)

③2Fe³⁺+Cu==2Fe²⁺+Cu²⁺(2分)

④防止双氧水分解(1分)  

⑤Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O(2分)

解析:（1）得到1mol硫酸铜需要转移2mol电子，根据得失电子守恒可知，需要硝酸2/3mol，理论上硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为3︰2。

（2）因为反应中硝酸不可能完全被还原，所以有可能存在硝酸铜，可通过重结晶来除杂。

（3）铜是固体，灼烧需放在坩埚中。当铁离子的浓度等于10^-5 mol·L^-1时，根据[Fe((OH)₃]≈10^-38可得出OH^－的浓度为mol/L，所以其pH至少应为3。甲物质是用来调节溶液的酸碱性的，又因为不能引入新的杂质，所以选择CD。双氧水不稳定，易分解，且温度越高，越易分解。