问题 实验题

实验室用铜制取硫酸铜,将适量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。

(1)为了节约原料,硫酸和硝酸的最佳物质的量之比为________ ;为了吸收该反应中产生的尾气,可选择的最佳装置是________(填序号)。

(2)为符合绿色化学的要求,某研究性学习小组进行如下设计。

方案1:以空气为氧化剂。将铜粉在仪器N中反复灼烧,使铜与空气充分反应生成氧化铜,再使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烯硫酸的混合物中,发现在常温下几乎不反应。向反应液中加少量FeSO4,再通入空气或氧气,即发生反应,生成硫酸铜。反应完全后,加入物质甲调节pH,铁元素全部转化为Fe(OH)3沉淀(一般当铁离子的浓度下降到10-5mol·L-1时,就认为沉淀完全),然后过滤、浓缩、结晶。

(已知:常温下,Ksp[Cu(OH)2]=10-22,Ksp[Fe(OH)3]=10-38)

请回答下列问题:

①方案1中仪器N的名称是________。

②方案2中为了使铁元素全部沉淀,应调节pH至少为________。

③方案2中甲物质可选用________(填序号)。

A.CaO

B.NaOH

C.CuCO3

D.Cu2(OH)2CO3 E.Fe2(SO4)3④方案2反应中加入少量FeSO4可加速铜的氧化,用离子方程式解释其原因:___________________________________________。

答案

(1)3∶2 B

(2)①坩埚 ②3.0 ③CD

④4Fe2+O2+4H=4Fe3+2H2O、2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2

(1)3Cu+3H2SO4+2HNO3=3CuSO4+2NO↑+4H2O,因此硫酸和硝酸的最佳物质的量之比为3∶2。NO与氢氧化钠溶液不反应,必须先使其与氧气反应生成NO2才能被氢氧化钠溶液吸收,故A错误,C、D的吸收效果不佳,最佳装置为B。(2)②c3(OH)==10-33,解得c(OH)=10-11(mol·L-1),故pH=3.0。③根据Fe3+3H2OFe(OH)3+3H,可加入 CuCO3、Cu2(OH)2CO3等促使平衡正向移动,从而生成氢氧化铁沉淀而除去Fe3,并且不引入新杂质。

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