Question

13．CuSO_4•5H₂O是一种重要的化工原料．实验室以Cu为原料制取CuSO₄•5H₂O有如下方法：
方法一：Cu$→_{高温灼烧}^{空气}$CuO$\stackrel{稀硫酸}{→}$CuSO₄溶液$→_{过滤}^{结晶}$CuSO₄•5H₂O
（1）该方法中金属铜应在坩埚（填仪器名称）中灼烧．
方法二：空气→$→_{过滤}^{调节PH_{3}-4}$CuSO₄溶液$→_{过滤}^{结晶}$CuSO₄•5H₂O
（2）该方法中少量Fe₂（SO₄）₃起催化作用，其催化机理为（用离子方程式表示）
Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺，4H⁺+O₂+4Fe²⁺═4Fe³⁺+2H₂O．调节溶液PH3～4，可使Fe³⁺完全转化为Fe（OH）₃沉淀，调节时加入的试剂为CuO、CuCO₃、Cu（OH）₂．
方法三：$\stackrel{40℃-50℃}{→}$CuSO₄溶液$→_{过滤}^{结晶}$CuSO₄•5H₂O
（3）①该方法中首先要将Cu与稀硫酸和稀硝酸混合．为了只得到CuSO₄溶液，需向100mLl.0moI•L^-1稀硝酸中加入150mL 1.0mol•L^-1稀硫酸与之混合．
②Cu与稀硫酸和稀硝酸的反应装置如图甲所示：
实验室中对圆底烧瓶加热的最佳方式是水浴加热；
装置中圆底烧瓶上方长导管的作用是导气兼冷凝回流．
③下列可做为图乙中尾气收集或吸收装置的是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，方法二步骤多，方法三生成有毒气体．请综合考虑有关设计因素设计一个实验室制备CuSO₄•5H₂O的方案流程图．
供选择的试剂：Cu、Cl₂、KMnO₄、H₂O₂、浓硫酸、稀盐酸、稀硫酸等．

Answer 1

分析 （1）灼烧固体应在坩埚中进行，据此答题；
（2）亚铁离子能被空气中的氧气氧化成铁离子，调节pH值要能与酸反应且不引入新的杂质，同时不能使铜离子沉淀；
（3）①Cu与稀硫酸和稀硝酸混合，为了只得到CuSO₄溶液，硝酸只能全部做氧化剂生成一氧化氮，根据电子得失守恒可计算硝酸的物质的量；
②根据反应的条件可判断加热方式，硝酸易挥发，所以要冷凝回流，同时导管能导气；
③NO难溶于水，可以用排水法收集，反应的尾气为NO，要与氧气反应后才能被氢氧化钠吸收，据此选择装置；
（4）根据题中提供的药品可知，实验室制备CuSO₄•5H₂O较好的方法是在硫酸溶液中用双氧水氧化铜，为保证反应速率可适当加热，得硫酸铜溶液后再通过蒸发浓缩、降温结晶、过滤得CuSO₄•5H₂O，据此答题．

解答 解：（1）灼烧固体应在坩埚中进行，
故答案为：坩埚；
（2）亚铁离子能被空气中的氧气氧化成铁离子，反应的离子方程式为4H⁺+O₂+4Fe²⁺═4Fe³⁺+2H₂O，调节pH值要能与酸反应且不引入新的杂质，同时不能使铜离子沉淀，所以加入的试剂为CuO、CuCO₃、Cu（OH）₂等，
故答案为：4H⁺+O₂+4Fe²⁺═4Fe³⁺+2H₂O；CuO、CuCO₃、Cu（OH）₂；
（3）①Cu与稀硫酸和稀硝酸混合，为了只得到CuSO₄溶液，硝酸只能全部做氧化剂生成一氧化氮，根据电子得失守恒可知，1mol硝酸能氧化1.5mol铜，同时也消耗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稀硫酸的体积为150mL，
故答案为：150；
②该反应的条件为40℃-50℃，所以可以用水浴加热的方式，硝酸易挥发，所以要用圆底烧瓶上方长导管冷凝回流，同时导管能导气，
故答案为：水浴加热；导气兼冷凝回流；
③NO难溶于水，可以用排水法收集，反应的尾气为NO，要与氧气反应后才能被氢氧化钠吸收，所以选择AC装置，
故答案为：AC；
（4）根据题中提供的药品可知，实验室制备CuSO₄•5H₂O较好的方法是在硫酸溶液中用双氧水氧化铜，为保证反应速率可适当加热，得硫酸铜溶液后再通过蒸发浓缩、降温结晶、过滤得CuSO₄•5H₂O，所以实验方案的流程图为，
故答案为：．

点评 本题以以Cu为原料制取CuSO₄•5H₂O为载体考查了实验基本操作、实验原理分析、实验方案的设计等，题目综合性强，难度中等，答题时注意元素化合物质的基础知识的灵活运用．