Question

Ⅰ．化學興趣小組對用銅制取硫酸銅晶體的試驗方案作研究．甲組同學將銅粉投入盛有稀硫酸的容器中，不發(fā)生反應．他們向容器底部緩緩鼓入氧氣，溶液慢慢變藍色，若在溶液中放置有些鉑絲，反應速率明顯加快．此時，其他組的同學提出方案如下：
乙組：CuCuOCuSO₄　
丙組：CuCuSO₄
丁組：CuCu（NO₃）₂Cu（OH）₂CuSO₄
戊組：CuCuSO₄
（1）甲組試驗可用一個化學反應方程式表示為______；使反應變快的可能原因是______；從該反應器溶液（含有少量H₂SO₄以抑制水解）中取得產(chǎn)品的試驗操作步驟應為______、______、______，取得產(chǎn)品后的殘留物質(zhì)可循環(huán)使用．
（2）可持續(xù)發(fā)展的原則要求化工生產(chǎn)①原理科學；②能量消耗低；③原料利用率高；④無污染．則在五組方案中，有科學性錯誤的是______ 組方案，有污染的是______組方案，無污染但能量消耗較高的是______組方案，因此選擇______組方案最好．
Ⅱ．另一化學興趣小組從化學手冊上查得硫酸銅500℃在以上按照下式分解：
CuSO₄CuO+SO₂↑+SO₃↑+O₂↑，便決定設計試驗測定反應生成的SO₂、SO₃和O₂的物質(zhì)的量，并經(jīng)計算確定該條件下CuSO₄分解反應方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)．試驗可能用到的儀器如下圖所示：

試驗測得數(shù)據(jù)及有關結果如下；
①準確稱取6.0g無水CuSO₄；②在試驗結束時干燥管總質(zhì)量增加2.4g；③測得量筒中水的體積，得出氣體在標準狀況下的體積為280mL；試驗結束時，裝置F中的溶液只含NaHSO₄和NaHSO₃．按裝置從左到右的方向，各儀器接口連結順序為：①⑨⑩⑥⑤③④⑧⑦②
試回答下列問題：
（1）裝置F的作用是______．
（2）裝置D的作用是______．
（3）為減少測量氣體體積引起的誤差，應注意的事項有：
①裝置內(nèi)氣體的溫度應恢復到室溫．
②______，
③______．
（4）通過計算，推斷出該條件下反應的化學方程式______．

Answer 1

解：I．（1）將銅粉投入盛有稀硫酸的容器中，無反應．向容器底部緩緩鼓入氧氣，溶液慢慢變藍色，說明溶液中含有硫酸銅，即銅和氧氣、硫酸反應生成硫酸銅和水，反應方程式為2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
銅、鉑絲和氧氣、稀硫酸構成原電池，加快了化學反應速率，負極上銅失電子，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水；
從溶液中制取晶體的方法是采用蒸發(fā)、冷卻結晶、過濾、洗滌的方法，
故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；形成了原電池；加熱蒸發(fā)、冷卻結晶、過濾并洗滌晶體；
（2）乙中Cu和氧氣反應需要加熱，消耗能量；
丙中銅不能與硫酸亞鐵反應，方案錯誤；
丁中銅和硝酸銀反應制取硝酸銅，硝酸銀的價格較高，所以耗資大；
戊中銅和濃硫酸反應需要 加熱消耗能量高，且反應過程中生成的二氧化硫有毒，有污染；
根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的原則可知最佳方案為甲，
故答案為：丙；戊；乙；甲；
Ⅱ、（1）加熱硫酸銅生成氧化銅、三氧化硫、二氧化硫和氧氣，三氧化硫易溶于水生成硫酸，硫酸能和亞硫酸氫鈉反應生成二氧化硫，所以亞硫酸氫鈉的作用是吸收SO₃，放出等物質(zhì)的量的SO₂，
故答案為：吸收SO₃，放出等物質(zhì)的量的SO₂；
（2）氣體通過D裝置后還剩二氧化硫和氧氣、水蒸氣，水蒸氣能影響實驗的測定，所以必須通過干燥劑吸收水分，所以濃硫酸的作用是：吸收水分，干燥SO₂和O₂，
故答案為：吸收水分，干燥SO₂和O₂；
（3）測定氣體體積時，應裝置內(nèi)氣體的溫度應恢復到室溫，調(diào)節(jié)量筒使其液面與E裝置中的液面持平，由于量筒中液面是凹液面，所以讀量筒中液體體積時，視線與液體的凹液面相平，否則會造成誤差，
故答案為：②調(diào)節(jié)量筒使其液面與E裝置中的液面持平；③讀曲量筒中液體體積時，視線與液體的凹液面相平；
（4）干燥管C吸收的物質(zhì)是二氧化硫，二氧化硫包括解熱硫酸銅生成的二氧化硫和三氧化硫和水、亞硫酸氫鈉反應生成的二氧化硫，二氧化硫的物質(zhì)的量是=0.0375mol，根據(jù)三氧化硫和亞硫酸氫鈉之間的關系式知，三氧化硫和亞硫酸氫鈉反應生成的二氧化硫和三氧化硫的物質(zhì)的量相等，所以三氧化硫和原生成的二氧化硫的物質(zhì)的量之和是0.0375mol；測得量筒B中水的體積，得出氣體在標準狀況下的體積為280mL，該氣體是氧氣，其物質(zhì)的量是=0.0125mol，根據(jù)氧化還原反應中得失電子數(shù)相等知，原生成的二氧化硫的物質(zhì)的量==0.025mol，所以生成的三氧化硫的物質(zhì)的量是0.0375mol-0.025mol=0.0125mol；6g無水CuSO₄的物質(zhì)的量==0.0375mol，根據(jù)銅原子守恒知，生成氧化銅的物質(zhì)的量是0.0375mol，所以n（CuSO₄）：n（CuO）：n（SO₂）：n（SO₃）：n（O₂）=0.0375mol：0.0375mol：0.025mol：0.0125mol：0.0125mol=3：3：2：1：1，所以其分解方程式為3CuSO₄3CuO+2SO₂↑+SO₃↑+O₂↑，
故答案為：3CuSO₄3CuO+2SO₂↑+SO₃↑+O₂↑．
分析：I．（1）由題意可知，銅粉投入盛有稀硫酸的容器，緩緩鼓入氧氣，溶液慢慢變藍色，說明生成硫酸銅，根據(jù)元素守恒可知還生成水；
在溶液中放置些鉑絲，形成原電池，反應速率加快；
從溶液中獲得晶體，需要加熱蒸發(fā)、冷卻結晶、洗滌、干燥等；
（2）銅不能與硫酸亞鐵反應，方案錯誤；Cu和氧氣反應需要加熱，消耗能量，無污染；銅和濃硫酸反應生成二氧化硫，由污染；根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的原則判斷最佳方案；
II．（1）加熱硫酸銅生成三氧化硫和氧氣、二氧化硫、和氧化銅，硫酸能和亞硫酸氫鈉反應生成二氧化硫；
（2）濃硫酸具有吸水性，能干燥酸性或中性氣體；
（3）根據(jù)水面的特點明確量筒中液體體積的讀數(shù)方法；
（4）通過計算確定生成物之間的物質(zhì)的量關系，再根據(jù)原子守恒確定反應方程式．
點評：本實驗題綜合性較強，考查了電化學知識、硫酸銅的制備、環(huán)境知識、實驗基本操作等，難度較大，難點是確定硫酸銅的分解方程式的書寫，注意堿石灰吸收的二氧化硫有部分是硫酸銅分解生成的、部分是三氧化硫和水、亞硫酸氫鈉反應生成的二氧化硫，否則會導致計算錯誤．