氧化銅與硫酸反應 CuO + H2SO4 === CuSO4 + H2O 現(xiàn)象:黑色粉末溶解.溶液變成藍色 查看更多

 

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膽礬(CuSO4?5H2O)是重要的化工原料,工業(yè)上用Cu與濃H2SO4、濃HNO3反應制備該物質,采取間歇加熱、逐漸加入濃HNO3的方法來制備CuSO4?5H2O的新工藝.模擬制備裝置如圖所示,根據(jù)題意回答下列問題.
(1)如圖1裝置中,分液漏斗內裝的液體是
濃硝酸
濃硝酸
(填“濃硝酸”或“濃硫酸”),該發(fā)應會產生有毒氣體NO、NO2等,錐形瓶中液體可以吸收該氣體,反應原理為:NO+NO2+2NaOH=2NaNO2(該物質化學名是
亞硝酸鈉
亞硝酸鈉
)+H2O.該裝置中攪拌器的作用是
充分接觸,加快反應速率
充分接觸,加快反應速率
.反應所得產品在
三頸燒瓶
三頸燒瓶
 (填“三頸燒瓶”或“錐形瓶”)中.
(2)如果銅粉、硫酸及硝酸都比較純凈,則制得的CuSO4?5H2O中常常含有的雜質是一種硝酸鹽,其化學式是
Cu(NO32
Cu(NO32
,已知10℃、20℃時有關物質的溶解度為:CuSO4?5H2O(17.4g、20.7g);該硝酸鹽(95.3g、125.1g),提純CuSO4?5H2O的實驗操作是
重結晶(或冷卻結晶)
重結晶(或冷卻結晶)

(3)用無水硫酸銅檢驗某雙氧水中是否含水時,除了發(fā)現(xiàn)固體變藍外,還發(fā)現(xiàn)該雙氧水中有氣泡產生,對此現(xiàn)象你的猜想是
銅離子作催化劑,雙氧水分解出氧氣
銅離子作催化劑,雙氧水分解出氧氣
,檢驗該氣體的實驗操作是
用帶火星木條檢驗,看是否復燃
用帶火星木條檢驗,看是否復燃

(4)將0.80g CuSO4?5H2O樣品受熱脫水過程的熱重曲線(樣品質量隨溫度變化的曲線)如圖2所示.
①由圖2中可以看出,CuSO4?5H2O分解的最低溫度是
102℃
102℃

②試通過計算確定238℃時固體物質的化學式.(要計算過程)
③將CuSO4?5H2O固體加熱到570℃分解后,得到的主要產物是黑色粉末、硫的最高價氧化物和水蒸氣,該反應的化學方程式為
CuSO4?5H2O
  △  
.
 
CuO+SO3↑+5H2O↑
CuSO4?5H2O
  △  
.
 
CuO+SO3↑+5H2O↑

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硫酸銅是生產、生活中常見的物質,下面是某學習小組展開的探究實錄:
Ⅰ、硫酸銅的制備
(1)某學習小組同學利用銅屑、稀硫酸為原料制備硫酸銅.其原理是在高溫條件下將銅粉反復灼燒,使銅充分氧化成氧化銅,再將氧化銅與稀硫酸反應制備硫酸銅,請寫出相應的化學方程式
2Cu+O2
  △  
.
 
2CuO
2Cu+O2
  △  
.
 
2CuO
、
CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
;
(2)通過查閱資料,同學們找到了一種工業(yè)制備硫酸銅晶體(CuSO4?xH2O)的流程,具體如下:將銅絲放到稀硫酸中,控溫在50℃.加入10%的H2O2,反應0.5h后,升溫到60℃,持續(xù)反應1h后,過濾、蒸發(fā)、降溫結晶等,用少量95%的酒精淋洗后晾干,得CuSO4?5H2O.
①寫出該工藝流程生成CuSO4的化學方程式
Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O
Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O
;
②在上述生產過程中,控制溫度在50℃和60℃加熱的原因為
防止H2O2受熱分解
防止H2O2受熱分解
,
③上述生產流程的優(yōu)點有
耗能少
耗能少
(寫出一種即可);
④在過濾時,采用了右圖所示的裝置,你認為這樣做的優(yōu)點是
加快過濾的速度
加快過濾的速度
;
Ⅱ、硫酸銅的應用及相關實驗
(1)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
+2價
+2價
,該化學式可以寫成鹽和堿的形式
CuSO4?3Cu(OH)2
CuSO4?3Cu(OH)2
,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
蛋白質
蛋白質
(填一種有機物名稱).
(2)為驗證Al的化學性質比銅活潑,小怡做了以下實驗,現(xiàn)象如下表:
Al片(未打磨) Al片(打磨)
CuSO4溶液
(5%,5mL)
無變化,數(shù)小時后鋁片上附有極少氣泡,幾乎無紅色物質 極少氣泡,附著極少紅色物質,持續(xù)較長時間
CuSO4溶液
(10%,5mL)
無變化,數(shù)小時后鋁片附有稍多氣泡,僅有極少紅色斑點 稍多氣泡,附著極少(多于5%)紅色物質,持續(xù)較長時間
CuCl2溶液
(5%,5mL)
多量氣泡,迅速出現(xiàn)紅色物質,很快溶液變成無色,且溫度升高 更多量氣泡,迅速出現(xiàn)紅色物質,很快溶液變成無色,且溫度升高
認真分析上表,回答下列問題:
①鋁和銅鹽溶液反應速率與
鋁片是否打磨
鋁片是否打磨
硫酸銅溶液的濃度
硫酸銅溶液的濃度
不同的銅鹽
不同的銅鹽
有關,同時說明銅鹽溶液中的Cl-
加快
加快
(填“加快”或“抑制”)反應速率,若實驗室沒有CuCl2溶液,則可以在CuSO4溶液中加入少許
鹽酸
鹽酸
(填物質名稱),以使實驗現(xiàn)象更為明顯;
②該反應過程要
放熱
放熱
(填“吸熱”或“放熱”).經檢驗,產生的氣體是一種能燃燒的單質,該氣體是
H2
H2
(填化學式);
Ⅲ、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(shù)據(jù),并繪制成固體質量-溫度的關系如下圖.

(1)在加熱過程中,隨著水分的蒸發(fā),固體顏色將由藍色逐漸變?yōu)?!--BA-->
色,最終變?yōu)楹谏?BR>(2)寫出固體質量由10.7g變?yōu)?.9g時的化學方程式
CuSO4?xH2O
  △  
.
 
CuSO4+xH2O↑
CuSO4?xH2O
  △  
.
 
CuSO4+xH2O↑
;
(3)650℃以上時,硫酸銅固體就會發(fā)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
2CuSO4
  △  
.
 
2CuO+2SO2↑+O2
2CuSO4
  △  
.
 
2CuO+2SO2↑+O2
;
(4)根據(jù)圖中數(shù)據(jù),計算CuSO4?xH2O中的CuSO4的質量分數(shù).(要求:根據(jù)x的值進行計算,CuSO4的相對分子質量:160,H2O的相對分子質量:18)

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18、請你參與下列探究:
【問題情景】某化學實驗小組同學將鐵粉投入硫酸銅溶液中,發(fā)現(xiàn)生成紅色固體物質的同時有較多的氣泡放出.這一現(xiàn)象激發(fā)起同學們的探究欲望,生成的是什么氣體?
【提出猜想】從物質組成元素的角度,放出的氣體可能是SO2、O2、H2
【查閱資料】SO2易溶于水,它能與NaOH反應,生成Na2SO3
【方案設計】依據(jù)上述猜想,實驗小組同學分別設計了如下方案:
(1)甲同學認為是O2,則檢驗方法是
用帶火星的木條試驗,看木條是否復燃

(2)乙同學認為是SO2,則只需將放出的氣體通入盛有NaOH溶液的洗氣瓶中,稱量通氣前后洗氣瓶的質量.寫出SO2與NaOH反應的化學方程式
SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O

(3)實驗小組同學合作設計了如下組合實驗方案,排除和驗證猜想的氣體.

如果放出的是O2和H2,你認為方案中的安全隱患是
實驗時剩余氣體B通過加熱的試管易發(fā)生爆炸事故

丙同學認為:為確保安全,實驗前應先收集一試管氣體,用拇指
堵住試管囗,靠近火焰點火,
,若不發(fā)出
尖銳的爆鳴聲
,方可采用上面的裝置進行實驗.
【實驗探究】經丙同學確認安全后,小組同學首先對裝置A進行稱量,再將收集到的氣體從a通入,過一會兒點燃B處酒精燈;一段時間后,發(fā)現(xiàn)表面含CuO的銅網由黑色變?yōu)楣饬恋募t色;停止通氣,再次稱量裝置A,發(fā)現(xiàn)質量無增減.
結論:鐵粉與硫酸銅溶液反應時,產生的氣體是
H2

【思維拓展】
(1)由上述實驗可以推出,硫酸銅溶液中可能含有
H2SO4
物質.
(2)不通過稱量,如何判斷SO2與NaOH溶液發(fā)生了反應呢?有一同學設計了右圖所示的裝置進行實驗,發(fā)現(xiàn)試管內液面上升,就得出SO2與NaOH溶液發(fā)生反應的結論.其他同學認為這一方案不嚴謹,理由是
SO2溶于水中也會導致試管內氣壓減小,液面上升
.要得到科學嚴謹?shù)慕Y論,仍利用該裝置,補做的實驗是
把燒杯中的氫氧化鈉換成硫酸鈉溶液,做一個對比試驗

CuSO4溶液對過氧化氫的分解具有催化作用.有同學想猜想其他鹽溶液也能在這個反應中起到同樣的作用,于是他們做了以下的探究:
(1)清你幫助他們完成實驗報告:
實驗過程 實驗現(xiàn)象 實驗結論
在一支試管中加入5ml5%的H2O2溶液,然后滴入適量的FeCl3溶液,把帶火星的木條伸入試管.
試管中有大量的氣泡產生,伸入的帶火星的木條復燃
FeCl3溶液可以催化分解H2O2
(2)已知FeCl3在水中可分離出Fe3+和Cl-,同學們提出以下猜想:
①甲同學的猜想:真正催化分解H2O2的是FeCl3溶液中的H2O;
②乙同學的猜想:真正催化分解H2O2的是FeCl3溶液中的Fe3+;
③丙同學的猜想:真正催華分解 H2O2的是FeCl3溶液中的Cl-;
你認為最不可能的是
同學的猜想,理由是
因過氧化氫溶液中自身有水,可見水不是催化劑

(3)同學們對余下的兩個猜想,用實驗進行了探究.請你仔細分析后填表:
實驗過程 實驗現(xiàn)象 實驗結論
向盛有5ml5%的H2O2溶液的試管中加入少量的HCl,并把帶火星的木條伸入試管 無明顯現(xiàn)象
起催化作用的不是Cl-
向盛有5ml5%的H2O2溶液的試管中加入少量的
Fe(NO33溶液
,并把帶火星的木條伸入試管
試管中有大量氣泡產生,帶火星的木條復燃
起催化作用的是Fe3+
用18mol/L的硫酸配置100ml 1.0mol/L的稀硫酸,若實驗儀器有:
A.100ml量筒     B.托盤天平     C.玻璃棒       D.50ml容量瓶
E.10ml量筒      F.膠頭滴管      G.50ml燒杯    H.100ml容量瓶
(1)實驗時應選用儀器的先后順序是(填入編號)
F、E、G、C、H

(2)在容量瓶的使用方法中,下列操作不正確的是(填寫編號)
B、C、D

A.使用容量瓶前檢查它是否漏水
B.容量瓶用蒸餾水洗凈后,再用待配溶液潤洗
C.配置溶液時,如果試樣是固體,把稱好的試樣用紙條小心倒入容量瓶中,緩慢加入蒸餾水到接近標線1cm-2cm處,用滴管滴加蒸餾水到標線.
D.配置溶液時,如果試樣是液體,用量筒量取后直接倒入容量瓶中,緩慢加入蒸餾水到接近標線1cm-2cm處,用滴管加入蒸餾水到標線.
E.蓋好瓶塞,用食指頂住瓶塞,用另一只手的手指托住瓶底,把容量瓶倒轉和搖動多次.

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23、人類發(fā)展的歷史進程中人們不斷研制出各種不同的用具,制造用具的材料也在不斷地發(fā)生變化,金屬制品因其美觀、耐用、輕便易成型而被人們廣泛利用,請根據(jù)所學知識及生活知識參與有關金屬制品探究.
(1)以下工具的制作過程中沒有發(fā)生化學變化的是(
A

A.原始人制作石刀;B.冶煉青銅;C.煉鐵
(2)請將以下金屬材料的冶煉按年代的先后順序排序
B.A.C
(填序號).
A.鐵;B.青銅;C.鋁
從以上順序可以看出,金屬制品的出現(xiàn)順序與
金屬活動性
有關,那么金屬鉀的制得應排在
C
之后.
(3)金屬區(qū)別于非金屬的主要物理性質是,金屬具有
金屬光澤
,金屬區(qū)別于非金屬的主要化學特征是
良好的傳熱導電性
.在化學變化中金屬原子通常表現(xiàn)為
延展性易失去電子

(4)孔雀石主要成分為堿式碳酸銅,經加熱會發(fā)生反應:Cu2(OH)2CO3△2CuO+H2O+CO2↑,古代人們發(fā)現(xiàn)翠綠的孔雀石在森林大火中會變成紅色的銅,請寫出轉化為銅的另一個反應方程式:
2CuO+2C═2Cu+CO2

(5)古代術士將爐甘石(主要成分為ZnCO3)與赤銅礦(Cu2O)、木炭放在煉爐中高溫灼燒,煉出金光燦燦的“黃金”,被稱為“煉石成金”.
①請你用學過的知識回答,真的可以“煉石成金”嗎?
不能,在化學變化過程中元素種類不可能發(fā)生改變


②那么你認為這金光燦燦的金屬是什么?它是怎么煉出來的?寫出有關化學方程式
該金屬可能是
銅鋅合金
,煉出它的化學方程式為
ZnCO3═ZnO+CO2
2ZnO+C═2Zn+CO2
、
2Cu2O+C═4Cu+CO2

(6)到西漢時期我國的勞動人民又發(fā)明了“濕法煉銅”,在西漢劉安所著的《淮南萬畢術》中就有“曾青得鐵則化為銅”的記載(“曾青”是指銅的化合物),請用反應方程式表示其冶煉原理:
Fe+CuSO4═Cu+FeSO4

(7)磁懸浮的核心技術得制備超導材料.有一種超導材料的化學式為Y2BaCu6O10,它是以YmOn、BaCO3和CuO為原料經研磨燒結而成.假設此過程中所有元素的化合價不變,試填寫以下空白:
a.超導材料Y2BaCu6O10是由
種元素組成的,YmOn的化學式是:
Y2O3

b.在合成該超導材料的同時還生成-種產物,該物質是
CO2
(寫化學式).
金屬的使用及冶煉歷史也引起同學們極大興趣,初三同學組織化學興趣小組繼續(xù)進行(8)(9)探究:
(8)首先他們收集大量有關鋼鐵的成語與民間諺語.其中有說明鋼的性能比鐵好的有
恨鐵不成鋼
,知道“百煉成鋼”是指鐵在高溫條件下反復敲打發(fā)生的反應是:
C+O2═CO2
,從而了解鋼與鐵的機械性能不同是因為兩者
含碳量不等

(9)鈦(Ti)因為具有許多神奇的性能而越來越引起人們的關注.化學興趣小組對Mg、Ti、Ag的金屬活動性順序進行探究.
[提出假設]a. Ti的金屬活動性比Mg強;
b.Ti的金屬活動性介于Mg和Ag之間.
[查閱資料]在相同條件下,金屬與酸反應,產生氣泡的速率越快,則該金屬活動性越強.
[實驗設計]同溫下,取大小相同的這三種金屬薄片,分別投入等體積、等濃度的足量稀鹽酸中,觀察現(xiàn)象.
請回答:三種金屬加入鹽酸前都先用砂紙將表面擦光亮,其目的是
除去氧化膜利于直接反應

[實驗現(xiàn)象]

[實驗結論]原假設中
a
不正確,理由是
鎂反應速率比鈦快

[結論]用不同濃度的足量稀鹽酸反應,是否也能得出同樣結論?
,請說明理由
反應速率與反應物濃度有關

(10)小剛與小紅分別做相同質量的不同金屬與同質量、同質量分數(shù)的稀H2SO4反應的實驗,實驗
結束后,分別交上的實驗報告,并繪制出金屬Zn、Fe分別與稀H2SO4反應放出H2的函數(shù)圖象(如圖所示).

兩個圖象中存在有錯誤的是
小紅
的圖象,判斷錯誤的理由是
圖象中Fe與Zn標反了,Zn的反應速率較Fe快
,
圖象不同的原因是
小剛取的金屬量較少,金屬反應完,而小紅取的酸量較少,酸完全反應完

由該實驗可以得到的結論:
①金屬與酸反應的速率與
金屬活動性
有關.
②金屬與酸反應中若生成鹽中金屬價態(tài)相同,則生成的氫氣量與
相對原子質量
有關.
(11)將鐵粉加到一定量的硝酸銀、硝酸銅、硝酸鋅的混合溶液中,充分反應后過濾,在濾液中滴加鹽酸,沒有白色沉淀生成,則濾渣中一定有
Ag、Zn(NO32
,肯定濾液中有
Fe(NO32

(12)現(xiàn)一塊銅合金,可能是黃銅(銅鋅合金)、青銅(銅、錫合金)、白銅[銅、鎳(Ni)合金]中的一
種,現(xiàn)欲測定其組成.
[查閱資料]Ⅰ.鋅、錫、鎳皆能與稀硫酸發(fā)生置換反應,生成+2價的金屬離子;
Ⅱ.相對原子質量Zn-65,Sn一119,Ni一59.
[實驗步驟及數(shù)據(jù)]取5g合金粉碎后放入燒杯中,將20g15%稀H2SO4分四次加入燒杯中充分反應后,測定剩余固體質量數(shù)據(jù)記錄如下:

試求:①合金中銅的質量分數(shù)
64%
.②合金中另一金屬為何種金屬.
另一種金屬為鋅

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