实验室用铜制备CuSO 4 溶液有多种方案,某实验小组给出了以下三种方案:
请回答有关问题:
25.甲方案:为了节约原料,硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为,n(H 2SO 4 ):n(HNO 3 )= 。
26.乙方案:将6.4g铜丝放到90mL 1.5mol·L -1 的稀硫酸中,控温在50℃。加入40mL 10%的H2O2,反应0.5小时,升温到60℃,持续反应1小时后,经一系列操作,得CuSO 4·5H 2O 20.0g【已知有关摩尔质量:M(CuSO4·5H2O) =250g/mol】。
①反应时温度控制在50℃~60℃,不宜过高的原因是 ;
②本实验CuSO4·5H2O的产率为 。
27.丙方案: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。向反应液中加少量FeSO4,即发生反应,生成硫酸铜。反应完全后,加物质A调节pH至4 ,然后过滤、浓缩、结晶。
反应中加入少量FeSO4 可加速铜的氧化,FeSO4 的作用是 ;
反应过程中的的离子方程式为: 、 。
28.对比甲、乙、丙三种实验方案,丙方案的优点有(写两条):
、 。
(1)3:2
(1)硫酸铜的化学式中Cu2+与SO42 -的个数比是1:1,离子方程式中Cu2+与NO3 -的个数比是3:2,所以n(H2SO4):n(HNO3)=3:2
(1)硫酸铜的化学式中Cu2+与SO42 -的个数比是1:1,离子方程式中Cu2+与NO3 -的个数比是3:2,所以n(H2SO4):n(HNO3)=3:2
本题考查实验方案的评价,要从原料利用率、产量、对环境的影响等方面进行综合考虑,学会运用原子守恒法进行解题,难度中等。
(2)①双氧水受热易分解造成损耗;②80%
(2)①因为过氧化氢受热易分解,温度过高,造成过氧化氢的损失,产率低;②6.4gCu的物质的量是0.1mol,硫酸的物质的量是0.135mol,所以硫酸过量,理论上生成0.1molCuSO4·5H2O,质量为25.0g,实际得到CuSO4·5H2O 20.0g,所以CuSO4·5H2O的产率是20.0g/25.0g×100%=80%
(2)①因为过氧化氢受热易分解;②根据6.4gCu计算理论产量,然后用实际产量除以理论产量即可。
本题考查对实验条件的控制和产率的计算,控制温度不宜过高的原因一般是为了防止某物质分解或挥发,难度较低。
(3)作催化剂(或起催化作用) Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O,2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+(两方程式不能颠倒)
(3)反应中加入少量FeSO4可加快Cu的氧化,而FeSO4不与溶液中的任何物质反应,所以FeSO4的作用只能是催化剂的作用;反应过程中,Fe2+先被O2氧化为Fe3+,Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O,然后Fe3+将Cu氧化为Cu2+,2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+。
(3)反应中加入少量FeSO4可加快Cu的氧化,而FeSO4不与溶液中的任何物质反应,所以FeSO4的作用只能是催化剂的作用。
本题主要考查学生对题中信息的提取和处理能力,通过调节pH除去的是Fe3+,因此可分析出Fe2+被氧化为Fe3+,从而写出对应的方程式,本题难度较大。
(4)无污染;原料利用率高(或常温下反应,耗能少;原料便宜,成本低等)
(4)与甲、乙比,丙的优点是不会产生污染,耗能少,原料便宜,节约原料等。
主要考虑成本、产量、环境保护、能耗等方面。
本题考查对实验方案的评价,主要从原料利用率,产量、环境保护、能源消耗等方面进行考虑,难度中等。