Question

某企業是一家以生產電纜類產品為主的地方明星企業．在電纜生產過程中，不可避免地會產生一定量的含銅廢料（如：零碎電纜）．某化學興趣小組的同學得知這一情況后，提出可以用含銅廢料制備膽礬（CuSO₄?5H₂O）．
Ⅰ、硫酸銅的制備
方案1：甲同學根據已學知識，提出了制備硫酸銅方案：

方案2：乙同學根據查閱資料找到了一種工業制備硫酸銅的流程：

（1）上述方案中的①、②、③三處，與銅或銅的化合物有關的化學反應方程式分別是：
①

 

；②

 

；③

 

；
（2）從環保角度對兩套方案的不同部分進行比較，你認為方案

 

（填1或2）更合理．理由是：

 

．
（3）方案2中，加入H₂O₂后要求溫度控制在50℃到60℃加熱的原因為

 

（4）若上述方案所用的稀硫酸溶質質量分數為36.8%，問每1L98%的濃硫酸（密度為1.84g/mL）能配制出這種稀硫酸

 

g，需水

 

L（水的密度為1.0g/mL）．在實驗室中稀釋濃硫酸時，是如何操作的：

 

．
（5）興趣小組同學一致指出，將濾液經蒸發、降溫結晶等操作后，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得硫酸銅晶體．晶體采用酒精淋洗的優點是

 

．
Ⅱ、硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）中結晶水（xH₂O）含量的測定：在老師的指導下，學習小組取12.5g硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）進行熱分解，獲得相關數據，并繪制成固體質量-溫度的關系如下圖．
（1）在加熱過程中，隨著水分的失去，固體顏色將由藍色逐漸變為

 

色，最終變為黑色；
（2）650℃以上時，硫酸銅固體就會發生分解，生成黑色金屬氧化物、二氧化硫及氧氣，此反應的化學方程式為

 

；
（3）根據圖中數據，計算CuSO₄?xH₂O中x的值為

 

，CuSO₄?xH₂O的CuSO₄的質量分數

 

．（寫出計算過程）
（4）若將4.0g剩余固體繼續加熱到更高的溫度，發現固體質量減少了0.4g后質量不再改變，寫出此過程中可能發生反應的化學方程式：

 

．
Ⅲ、硫酸銅的應用
波爾多液是用硫酸銅和石灰乳配成的一種天藍色、粘稠的懸濁液，其有效成分是Cu₄（OH）₆SO₄，其中銅元素的化合價為

 

價．堿式鹽可以寫成鹽和堿的形式，例如堿式碳酸銅可以寫成CuCO₃?Cu（OH）₂，則Cu₄（OH）₆SO₄可以寫成鹽和堿的形式為

 

，其殺菌機理可看作是Cu²⁺使病原菌失去活性，這說明病原菌的主體是

 

（填一種有機物名稱）．

Answer 1

分析：“從含銅廢料中回收銅”符合綠色化學的理念，再回收利用中，設計了兩套方案，處理有關問題，并進行評價．甲方案中：發生的有關化學方程式為：①2Cu+O₂

△   .

2CuO；②CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O；③Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu．但“灼燒”會產生污染空氣的氣體、粉塵、煙霧，所以不如乙方案更合理；然后設計提取的有關問題；最后考查學生的計算能力及體驗回收成果，增強成就感．

解答：解：Ⅰ、（1）銅在空氣中灼燒生成黑色固體氧化銅，氧化銅與硫酸反應生成藍色硫酸銅，與鐵屑反應置換出銅，反應方程式為：2Cu+O₂

△   .

2CuO；
CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O； Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；
（2）從環保角度對兩套方案的不同部分進行比較，甲方案第一步灼燒會產生污染空氣的氣體，粉塵，煙霧，由此可知方案2更合理；
（3）H₂O₂受熱易分解，溫度應該控制在50℃到60℃之間；
（4）設稀硫酸的質量為x，則36.8%x=1000mL×1.84g/mL×98%，得x=4900g；需要水的體積：（4900g-1000mL×1.84g/mL）÷1.0g/mL=3060mL，即3.06L．
稀釋濃硫酸的方法是：將濃硫酸沿燒杯壁緩緩倒入水中，并用玻璃棒不斷攪拌．
（5）硫酸銅晶體易溶于水，用少量95%的酒精淋洗后晾干，為的是減少硫酸銅晶體因溶于水而損失．
Ⅱ、（1）硫酸銅晶體（CuSO₄?xH₂O）是藍色的，失去結晶水后變為白色；
（2）根據題意寫出化學方程式：2CuSO₄

△   .

2CuO+2SO₂↑+O₂↑；
（3）由圖示數據和“到t₁℃時該固體完全失去結晶水”可知，結晶水的質量為：12.50g-8.0g=4.5g
CuSO₄?xH₂O

△   .

CuSO₄+xH₂O↑．
160+18x               18x
12.50g                 4.5g
∴

160+18x

18x

=

12.50g

4.5g

∴160+18x=50x，
∴x=

160

32

=5；
CuSO₄?5H₂O的CuSO₄的質量分數

64+32+16×4

64+32+16×4+5×(1×2+16)

×100%=64%
）4.0g剩余固體繼續加熱到更高的溫度，說明生成的氧化銅分解了，化學方程式為：4CuO

△   .

2Cu₂O+O₂↑．
Ⅲ、Cu₄（OH）₆SO₄中OH化合價為-1，SO₄的化合價為-2，根據化合物中正負化合價的代數和為0，可得銅元素的化合價為+2；
Cu₄（OH）₆SO₄可以寫成鹽和堿的形式為CuSO₄?3Cu（OH）₂；Cu²⁺是重金屬使蛋白質失去活性，這說明病原菌的主體是蛋白質．
故答案為：
Ⅰ（1）①2Cu+O₂

△   .

2CuO；②CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；③Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
（2）2 耗能少或無污染等
（3）防止H₂O₂受熱分解
（4）4900，3.06L  將濃硫酸沿燒杯壁緩緩倒入水中，并用玻璃棒不斷攪拌
（5）減少硫酸銅晶體因溶于水而損失
Ⅱ、（1）白；
（2）2CuSO₄

△   .

2CuO+2SO₂↑+O₂↑
（3）5，64%
（4）4CuO

△   .

2Cu₂O+O₂↑
Ⅲ、+2，CuSO₄?3Cu（OH）₂ 蛋白質

點評：該題為硫酸銅的知識為線索，考查了多方面的知識，難度較大．