Question

20．利用廢鐵絲、硫酸銅廢液（含硫酸亞鐵）和被有機物污染的廢銅粉制備硫酸銅晶體．生產(chǎn)過程如圖1：

試回答下列問題：
（1）鐵絲在投入硫酸銅廢液前需用稀H₂SO₄進行處理，其目的是（用離子方程式表示）Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O
（2）為了使灼燒后的氧化銅混合物充分酸溶，在加入稀H₂SO₄的同時，還通入O₂，通入氧氣的目的是（用化學(xué)方程式表示）2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O在實驗中常將適量濃硝酸分多次加入到銅粉與稀硫酸的混合物中，加熱使之反應(yīng)完全，通過蒸發(fā)、結(jié)晶得到硫酸銅晶體（裝置如圖所示）
（3）寫出燒瓶中發(fā)生的離子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
（4）廣口瓶的作用是有利于氮氧化物的吸收，防止倒吸
（5）為符合綠色化學(xué)的要求，某研究性學(xué)習(xí)小組進行如下設(shè)計：
設(shè)計將3.2g銅絲放到45mL 1.5mol/L的稀硫酸中，控溫在50℃．加入18mL 10%的H₂O₂，反應(yīng)0.5小時后，升溫到60℃，持續(xù)反應(yīng)1小時后，過濾、蒸發(fā)結(jié)晶、減壓抽濾等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO₄•5H₂O 10.5g請回答
①溫度不宜過高的原因是防止雙氧水分解．
②本實驗CuSO₄•5H₂O的產(chǎn)率為84%．

Answer 1

分析 廢鐵絲、硫酸銅廢液（含硫酸亞鐵）和被有機物污染的廢銅粉制備硫酸銅晶體的生產(chǎn)流程：將金屬鐵投入硫酸銅中，可以置換出金屬銅，金屬銅可以和氧氣在灼燒下發(fā)生反應(yīng)生成氧化銅（廢銅中含有的有機物質(zhì)含有碳元素，灼燒會產(chǎn)生碳單質(zhì)或是CO，具有還原性，可以和氧化銅在加熱下發(fā)生反應(yīng)，得到金屬銅），氧化銅可以和硫酸反應(yīng)得到硫酸銅溶液，
（1）金屬鐵表面的鐵銹可以和硫酸反應(yīng)；
（2）在稀硫酸作用下氧氣將銅氧化生成硫酸銅；
（3）銅和稀硫酸的混合物遇到濃硝酸，硝酸有氧化性，將銅氧化成硝酸銅，硝酸被還原成一氧化氮；
（4）廣口瓶可以吸收氮的氧化物，同時可以防止倒吸，作安全瓶；
（5）①根據(jù)雙氧水加熱易分解的性質(zhì)分析；
②根據(jù)銅原子守恒得銅和五水硫酸銅的關(guān)系，求出CuSO₄•5H₂O 質(zhì)量，然后求出產(chǎn)率．

解答 解：廢鐵絲、硫酸銅廢液（含硫酸亞鐵）和被有機物污染的廢銅粉制備硫酸銅晶體的生產(chǎn)流程：將金屬鐵投入硫酸銅中，可以置換出金屬銅，金屬銅可以和氧氣在灼燒下發(fā)生反應(yīng)生成氧化銅（廢銅中含有的有機物質(zhì)含有碳元素，灼燒會產(chǎn)生碳單質(zhì)或是CO，具有還原性，可以和氧化銅在加熱下發(fā)生反應(yīng)，得到金屬銅），氧化銅可以和硫酸反應(yīng)得到硫酸銅溶液，
（1）除鐵絲在投入硫酸銅廢液前需用稀H₂SO₄進行處理，目的是出去鐵銹，發(fā)生的反應(yīng)為：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）在稀硫酸作用下氧氣將銅氧化生成硫酸銅，所以通氧氣的目的是氧化銅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O，
故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O；
（3）銅和稀硫酸的混合物遇到濃硝酸，硝酸有氧化性，將銅氧化成硝酸銅，硝酸被還原成一氧化氮，反應(yīng)的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案 為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（4）廣口瓶可以吸收氮的氧化物，同時可以防止倒吸，作安全瓶，
故答案為：有利于氮氧化物的吸收，防止倒吸；
（5）①根據(jù)雙氧水加熱易分解的性質(zhì)分析，過氧化氫不穩(wěn)定，溫度過高易分解生成水和氧氣，
故答案為：防止雙氧水分解；
②設(shè)3.2g銅生成五水硫酸銅的質(zhì)量為xg，根據(jù)銅原子守恒得銅和五水硫酸銅的關(guān)系式為：
Cu→CuSO₄•5H₂O 
64g     250g
3.2g     xg
所以x=12.5
理論上生成CuSO₄•5H₂O 12.5克，故產(chǎn)率為$\frac{10.5g}{12.5g}$×100%=84%，
故答案為：84%．

點評 本題考查了學(xué)生對實驗原理的理解、常用化學(xué)用語、物質(zhì)推斷、實驗條件控制等，難度中等，實驗方案設(shè)計，應(yīng)根據(jù)實驗?zāi)康乃伎紝嶒炘�理，根�?jù)實驗原理中反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件確定試劑和裝置，通過比較和評價優(yōu)選最佳實驗方案．