三星堆遗址考古的重大发现,揭开了川西平原早期蜀国的面纱,将蜀国的历史推前了两千多年,填补了中国考古学、青铜文化、青铜艺术史上的诸多空白.而硫酸铜是湿法冶金应用极早的一种化工原料.铜不能与稀硫酸直接反应,本实验中将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中,加热使之反应完全,通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体(装置如图1、2所示)
(1)图1烧瓶中发生反应的离子方程式为______;
(2)图2是图1的改进装置,其优点有______;
(3)为符合绿色化学的要求,某研究性学习小组进行如下设计:
第一组:以空气为氧化剂法
方案1:以空气为氧化剂.将铜粉在①坩埚中反复灼烧,使铜与空气充分反应生成氧化铜,再将氧化铜与稀硫酸反应.
方案2:将空气或氧气直接通入到铜粉与稀硫酸的混合物中,发现在常温下几乎不反应.向反应液中加FeSO4或Fe2(SO4)3,即发生反应.反应完全后向其中加物质甲调节pH到3~4,产生Fe(OH)3沉淀,过滤、蒸发、结晶,滤渣作催化剂循环使用.[已知Fe(OH)3和Cu(OH)2完全沉淀时的pH分别为:3.7、6.4.]请回答下列问题:
①方案2中甲物质是______(填字母序号). a.CaO b.CuCO3 c.CaCO3
第二组:过氧化氢为氧化剂法
将3.2g铜丝放到45mL 1.5mol•L-1的稀硫酸中,控温在50℃.加入18mL 10%的H2O2,反应0.5h后,升温到60℃,持续反应1h后,过滤、蒸发结晶、减压抽滤等,用少量95%的酒精淋洗后晾干,得到CuSO4•5H2O的质量为10.6g.
请回答下列问题:
②加热时温度不宜过高的原因是______,根据有关数据计算出制取CuSO4•5H2O的产率(实际产量与理论产量的百分比)=______.
(1)将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中,铜粉与稀硫酸不反应,铜与浓硝酸反应,Cu+4H++2NO3-═Cu2++2NO2↑+2H2O,随着反应的进行,浓硝酸变成稀硝酸,稀硝酸和铜反应生成硝酸铜和一氧化氮、水,3Cu+8H++2NO3-═3Cu2++2NO↑+4H2O,
故答案为:Cu+4H++2NO3-═Cu2++2NO2↑+2H2O或3Cu+8H++2NO3-═3Cu2++2NO↑+4H2O;
(2)改进前,二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,一氧化氮有毒且和水不反应,所以NO、NO2有毒气体不能被完全吸收,且二氧化氮和氢氧化钠反应后,导管内压强减小,易产生倒吸现象;改进后,通入氧气,氧气、一氧化氮、二氧化氮、水反应完全生成硝酸被氢氧化钠吸收;且中间储气瓶有缓冲作用,防止倒吸.
故答案为:可防止倒吸;NO、NO2有毒气体能被完全吸收;
(3)①除杂的原则,保证不引入杂质,加入氧化钙或碳酸钙都能引进新的杂质,故ac错误,故答案为:b;
②过氧化氢不稳定,温度过高易分解生成水和氧气;设3.2g铜生成五水硫酸铜的质量为xg,根据铜原子守恒得铜和五水硫酸铜的关系式为:
Cu→CuSO4•5H2O
64g 250g
3.2g xg
所以x=12.5
理论上生成CuSO4•5H2O 12.5克,故产率为
×100%=84.8%,10.6g 12.5g
故答案为:防止双氧水分解;84.8%.