Question

某課外活動小組用銅屑制取五水合硫酸銅晶體．已知硫酸銅和硝酸銅的溶解度數(shù)據(jù)如下表：

T/℃	0	20	40	60	80	100
硫酸銅/g	14.8	20.5	28.5	39.6	53.6	73.0
硝酸銅/g	83.5	125.0	163.0	182.0	208.0	247.0

（1）課外活動小組設(shè)計的實驗步驟如下：
①用灼燒法除去銅屑表面的有機物和油污．灼燒時需要使用到的儀器有

 

．
A．燒杯   B．酒精燈   C．泥三角    D．蒸發(fā)皿    E．坩堝    F．漏斗
②將灼燒后的固體置于燒杯中，向其中加入一定量的硫酸，將燒杯放置在通風(fēng)櫥中加熱，并向其中分批加入適量濃硝酸，直至反應(yīng)結(jié)束，濾去少量不溶物．發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

 

．
③將所得濾液用水浴加熱蒸發(fā)濃縮，待看到

 

時，停止加熱，冷卻過濾得硫酸銅晶體．本操作采用水浴加熱的原因

 

．
④除去硫酸銅晶體中含有的少量硝酸銅．可以用

 

法提純硫酸銅晶體．
（2）該活動小組設(shè)計的制備硫酸銅晶體的實驗方案，主要存在問題是消耗的酸多、產(chǎn)生的氣體污染空氣．請你重新設(shè)計一種經(jīng)濟、環(huán)保的實驗方案：

 

．

Answer 1

考點：銅金屬及其重要化合物的主要性質(zhì),制備實驗方案的設(shè)計

專題：幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）①灼燒時將瓷坩堝置于泥三角上，用酒精燈進行加熱；
②灼燒后的固體主要為銅，加入一定量的硫酸，不發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)向其中分批加入適量濃硝酸時，溶液中有H⁺和NO₃^-，這時銅和H⁺和NO₃^-進行反應(yīng)，直至銅反應(yīng)結(jié)束；
③當(dāng)晶膜出現(xiàn)時為飽和溶液，停止加熱，冷卻結(jié)晶能析出晶體，水浴加熱能保持溫度恒定，防止晶體分解；
④根據(jù)固體混合物中目標(biāo)組分在某種溶劑中的溶解度隨溫度變化有明顯差異，在較高溫度下溶解度大，降低溫度時溶解度小，從而用重結(jié)晶分離提純；
（2）從安全、節(jié)約、環(huán)保等方面來設(shè)計，將銅屑在空氣中灼燒氧化為CuO，再將CuO與硫酸反應(yīng)，最后將所得溶液蒸發(fā)、結(jié)晶得CuSO₄?5H₂O，這樣既沒有產(chǎn)生污染氣體，而且原料的利用率也高．

解答： 解：（1）①用坩堝加熱固體時應(yīng)將坩堝放在泥三角上加熱，用酒精燈進行加熱，故答案為：BCE；   
②灼燒后的固體主要為銅，加入一定量的硫酸，不發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)向其中分批加入適量濃硝酸時，溶液中有H⁺和NO₃^-，這時銅和H⁺和NO₃^-進行反應(yīng)，直至銅反應(yīng)結(jié)束，故反應(yīng)方程式為：Cu+2HNO₃+H₂SO₄═CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O，故答案為：Cu+2HNO₃+H₂SO₄═CuSO₄+2NO₂↑+2H₂O；
③等晶膜出現(xiàn)時為飽和溶液，停止加熱，冷卻結(jié)晶能析出晶體，水浴加熱能保持溫度恒定，防止CuSO₄?5H₂O晶體分解，
故答案為：溶液表面有晶膜出現(xiàn)；控制溫度，防止CuSO₄?5H₂O分解；
④因CuSO₄?5H₂O含有雜質(zhì)Cu（NO₃）₂?xH₂O，但Cu（NO₃）₂?xH₂O溶解度隨溫度變化不大，故可用重結(jié)晶法提純，故答案：重結(jié)晶；
（2）從安全、節(jié)約、環(huán)保等方面來設(shè)計，將銅屑在空氣中灼燒氧化為CuO，再將CuO與硫酸反應(yīng)，最后將所得溶液蒸發(fā)、結(jié)晶得CuSO₄?5H₂O，這樣既沒有產(chǎn)生污染氣體，而且原料的利用率也高；故答案為：將銅屑在空氣中灼燒氧化為CuO，再將CuO與硫酸反應(yīng)，最后將所得溶液蒸發(fā)、結(jié)晶得CuSO₄?5H₂O．

點評：本題考查制備實驗方案的設(shè)計及物質(zhì)的分離、提純，明確實驗?zāi)康�，堅持綠色化學(xué)是解答的關(guān)鍵，結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)及反應(yīng)原理即可解答，題目難度中等．