Question

硫酸銅是生產(chǎn)、生活中常見的物質(zhì)，下面是某學(xué)習(xí)小組展開的探究實錄：
Ⅰ、硫酸銅的制備
（1）某學(xué)習(xí)小組同學(xué)利用銅屑、稀硫酸為原料制備硫酸銅．其原理是在高溫條件下將銅粉反復(fù)灼燒，使銅充分氧化成氧化銅，再將氧化銅與稀硫酸反應(yīng)制備硫酸銅，請寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式

2Cu+O₂

△   .

2CuO

、

CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O

；
（2）通過查閱資料，同學(xué)們找到了一種工業(yè)制備硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）的流程，具體如下：將銅絲放到稀硫酸中，控溫在50℃．加入10%的H₂O₂，反應(yīng)0.5h后，升溫到60℃，持續(xù)反應(yīng)1h后，過濾、蒸發(fā)、降溫結(jié)晶等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄?5H₂O．
①寫出該工藝流程生成CuSO₄的化學(xué)方程式

Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O

；
②在上述生產(chǎn)過程中，控制溫度在50℃和60℃加熱的原因為

防止H₂O₂受熱分解

，
③上述生產(chǎn)流程的優(yōu)點有

耗能少

（寫出一種即可）；
④在過濾時，采用了右圖所示的裝置，你認(rèn)為這樣做的優(yōu)點是

加快過濾的速度

；
Ⅱ、硫酸銅的應(yīng)用及相關(guān)實驗
（1）波爾多液是用硫酸銅和石灰乳配成的一種天藍(lán)色、粘稠的懸濁液，其有效成分是Cu₄（OH）₆SO₄，其中銅元素的化合價為

+2價

，該化學(xué)式可以寫成鹽和堿的形式

CuSO₄?3Cu（OH）₂

，其殺菌機(jī)理可看作是Cu²⁺使病原菌失去活性，這說明病原菌的主體是

蛋白質(zhì)

（填一種有機(jī)物名稱）．
（2）為驗證Al的化學(xué)性質(zhì)比銅活潑，小怡做了以下實驗，現(xiàn)象如下表：

	Al片（未打磨）	Al片（打磨）
CuSO4溶液 （5%，5mL）	無變化，數(shù)小時后鋁片上附有極少氣泡，幾乎無紅色物質(zhì)	極少氣泡，附著極少紅色物質(zhì)，持續(xù)較長時間
CuSO4溶液 （10%，5mL）	無變化，數(shù)小時后鋁片附有稍多氣泡，僅有極少紅色斑點	稍多氣泡，附著極少（多于5%）紅色物質(zhì)，持續(xù)較長時間
CuCl2溶液 （5%，5mL）	多量氣泡，迅速出現(xiàn)紅色物質(zhì)，很快溶液變成無色，且溫度升高	更多量氣泡，迅速出現(xiàn)紅色物質(zhì)，很快溶液變成無色，且溫度升高

認(rèn)真分析上表，回答下列問題：
①鋁和銅鹽溶液反應(yīng)速率與

鋁片是否打磨

、

硫酸銅溶液的濃度

和

不同的銅鹽

有關(guān)，同時說明銅鹽溶液中的Cl^-能

加快

（填“加快”或“抑制”）反應(yīng)速率，若實驗室沒有CuCl₂溶液，則可以在CuSO₄溶液中加入少許

鹽酸

（填物質(zhì)名稱），以使實驗現(xiàn)象更為明顯；
②該反應(yīng)過程要

放熱

（填“吸熱”或“放熱”）．經(jīng)檢驗，產(chǎn)生的氣體是一種能燃燒的單質(zhì)，該氣體是

H₂

（填化學(xué)式）；
Ⅲ、硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）中結(jié)晶水（xH₂O）含量的測定
在老師的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)小組取12.5g硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）進(jìn)行熱分解，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，并繪制成固體質(zhì)量-溫度的關(guān)系如下圖．

（1）在加熱過程中，隨著水分的蒸發(fā)，固體顏色將由藍(lán)色逐漸變?yōu)?!--BA-->

白

色，最終變?yōu)楹谏��?BR>（2）寫出固體質(zhì)量由10.7g變?yōu)?.9g時的化學(xué)方程式

CuSO₄?xH₂O

△   .

CuSO₄+xH₂O↑

；
（3）650℃以上時，硫酸銅固體就會發(fā)生分解，生成黑色金屬氧化物、二氧化硫及氧氣，此反應(yīng)的化學(xué)方程式為

2CuSO₄

△   .

2CuO+2SO₂↑+O₂↑

；
（4）根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，計算CuSO₄?xH₂O中的CuSO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．（要求：根據(jù)x的值進(jìn)行計算，CuSO₄的相對分子質(zhì)量：160，H₂O的相對分子質(zhì)量：18）

Answer 1

分析：Ⅰ（1）根據(jù)銅和氧氣反應(yīng)生成氧化銅以及氧化銅和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水進(jìn)行解答；
（2）根據(jù)銅和過氧化氫以及硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水、從環(huán)保角度對兩套方案的不同部分進(jìn)行比較進(jìn)行解答；
Ⅱ（1）根據(jù)化合物中各元素的代數(shù)和為0以及重金屬鹽能使蛋白質(zhì)變性進(jìn)行解答；
（2）根據(jù)鋁和銅鹽溶液反應(yīng)速率與鋁片是否打磨、硫酸銅溶液的濃度以及不同的銅鹽有關(guān)進(jìn)行解答；
Ⅲ根據(jù)硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）是藍(lán)色的，失去結(jié)晶水后變?yōu)榘咨�，然后設(shè)計提取的有關(guān)問題；最后考查學(xué)生的計算能力．

解答：解：Ⅰ（1）銅和氧氣反應(yīng)生成氧化銅，氧化銅和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水，化學(xué)方程式分別為2Cu+O₂

△   .

2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
（2）①銅和過氧化氫以及硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水，化學(xué)方程式為Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
②H₂O₂受熱易分解，溫度應(yīng)該控制在50℃到60℃之間；
③從環(huán)保角度對兩套方案的不同部分進(jìn)行比較，方案一第一步灼燒會產(chǎn)生污染空氣的氣體，粉塵，煙霧，由此可知方案2更合理；
④在過濾時，采用了右圖所示的裝置，你認(rèn)為這樣做的優(yōu)點是加快過濾的速度；
Ⅱ（1）由化合物中各元素的代數(shù)和為0以及氫氧根的化合價為-1價，硫酸根的化合價為-2價可知Cu₄（OH）₆SO₄，其中銅元素的化合價為+2價；該化學(xué)式可以寫成鹽和堿的形式：CuSO₄?3Cu（OH）₂；重金屬鹽能使蛋白質(zhì)變性，所以殺菌機(jī)理可看作是Cu²⁺使病原菌失去活性，這說明病原菌的主體是蛋白質(zhì)；
（2）①鋁和銅鹽溶液反應(yīng)速率與鋁片是否打磨、硫酸銅溶液的濃度以及不同的銅鹽有關(guān)；同時說明銅鹽溶液中的Cl^-能加快反應(yīng)速率，若實驗室沒有CuCl₂溶液，則可以在CuSO₄溶液中加入少許鹽酸；
②該反應(yīng)過程要放熱；經(jīng)檢驗，產(chǎn)生的氣體是一種能燃燒的單質(zhì)，該氣體是氫氣，化學(xué)式為H₂；
Ⅲ（1）硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）是藍(lán)色的，失去結(jié)晶水后變?yōu)榘咨��?BR>（2）硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）是藍(lán)色的，失去結(jié)晶水后生成硫酸銅和水，化學(xué)方程式CuSO₄?xH₂O

△   .

CuSO₄+xH₂O↑；
（3）650℃以上時，硫酸銅固體就會發(fā)生分解，生成黑色金屬氧化物、二氧化硫及氧氣，此反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CuSO₄

△   .

2CuO+2SO₂↑+O₂↑；
（4）由圖示數(shù)據(jù)和“到650℃時該固體完全失去結(jié)晶水”可知，結(jié)晶水的質(zhì)量為：12.5g-8g=4.5g
CuSO₄?xH₂O

△   .

CuSO₄+xH₂O↑．
160+18x               18x
12.5g                 4.5g

160+18x

12.5g

=

18x

4.5g

x=5
CuSO₄?5H₂O中的CuSO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

160

160+18×5

×100%=64%
答：CuSO₄?xH₂O中的CuSO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為64%．
故答案為：Ⅰ（1）2Cu+O₂

△   .

2CuO；CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；（2）①Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；②防止H₂O₂受熱分解；③耗能少；④加快過濾的速度；
Ⅱ（1）+2價；CuSO₄?3Cu（OH）₂；蛋白質(zhì)；（2）①鋁片是否打磨；硫酸銅溶液的濃度；不同的銅鹽；加快；鹽酸；②放熱；H₂；
Ⅲ（1）白；（2）CuSO₄?xH₂O

△   .

CuSO₄+xH₂O↑；（3）2CuSO₄

△   .

2CuO+2SO₂↑+O₂↑；（4）64%．

點評：該題為硫酸銅的知識為線索，考查了多方面的知識，難度較大．