某金属冶炼厂在生产过程中产生了一定量的含铜废料.化学兴趣小组利用稀硫酸和铁粉分离回收铜,并获得硫酸亚铁晶体.其设计方案如图所示.
查阅资料得知:在通入空气并加热的条件下,铜可与稀硫酸反应转化为硫酸铜,反应的化学方程式:
2Cu+2H2SO4+O22CuSO4+2H2O.
(1)步骤Ⅰ中分离得到固体A和蓝色溶液B的操作名称是 .
(2)蓝色溶液B中的溶质是 (填化学式).
(3)写出步骤Ⅲ中发生反应的化学方程式 .
(4)铜制品在空气中会发生锈蚀[铜锈的主要成分是Cu2(OH)2CO3].根据铜锈的主要成分中含有氢元素和碳元素,可以判断出铜生锈除了需要氧气,还需要空气中的 (填化学式).
【考点】物质的相互转化和制备;过滤的原理、方法及其应用;金属的化学性质;金属锈蚀的条件及其防护;酸的化学性质.
【专题】物质的制备.
【分析】根据设计方案图1可知,废料中的铜与氧气反应生成氧化铜,氧化铜与硫酸反应生成硫酸铜和水,所以蓝色溶液中的溶质中含有硫酸铜,根据蓝色溶液中加入铁有气体产生,说明蓝色溶液中含有过量的硫酸,所以溶质中还含有硫酸;加入铁粉是利用铁与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁,将铜置换出来,得到硫酸亚铁,铁与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,也是获得硫酸亚铁,所以加入略过量的铁粉,过量的目的是使CuSO4、H2SO4完全反应;固体C中可能含有铁所以先用硫酸清洗把铁除掉,再用水冲洗,最后进行干燥就能得到铜了;
根据质量守恒定律分析铜生锈条件,根据对比实验法探究铜生锈的条件分析应进行的实验.
【解答】解:由题意可知,废料中的铜与氧气反应生成氧化铜,氧化铜与硫酸反应生成硫酸铜和水,所以蓝色溶液中的溶质中含有硫酸铜,根据蓝色溶液中加入铁有气体产生,说明蓝色溶液中含有过量的硫酸,所以溶质中还含有硫酸;加入铁粉是利用铁与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁,将铜置换出来,得到硫酸亚铁,铁与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,也是获得硫酸亚铁,所以加入略过量的铁粉,过量的目的是使CuSO4、H2SO4完全反应;固体C中可能含有铁所以先用硫酸清洗把铁除掉,再用水冲洗,最后进行干燥就能得到铜了,所以
(1)步骤Ⅰ中分离得到固体A和蓝色溶液B的操作名称是过滤;
(2)由上述分析可知,蓝色溶液B中的溶质是:CuSO4、H2SO4;
(3)由上述分析可知,步骤Ⅲ中发生反应的化学方程式是:Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑;
(4)铜制品在空气中会发生锈蚀[铜锈的主要成分是Cu2(OH)2CO3].根据铜锈的主要成分中含有氢元素和碳元素,可以判断出铜锈需要空气中的H2O、CO2.故答案为:(1)过滤;
(2)CuSO4、H2SO4;
(3)Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑;
(4)CO2、H2O.
【点评】解答本题关键是要知道置换铜必须用铁,因为还要得到硫酸亚铁,为了反应充足加入的试剂要过量,再利用铁能与硫酸反应,铜不能与硫酸反应将铜和铁分开.
规律 | 发生条件 | 实例 |
H2+金属氧化物→金属+水 | ①加热 ②K、Ca、Na、Mg、Al等的氧化物除外 |
H2+CuOCu+H2O 3H2+Fe2O32Fe+3H2O |
碳+金属氧化物→金属+CO2 | ①高温 ②K、Ca、Na、Mg、Al等的氧化物除外 |
C+2CuO2Cu+CO2↑ 3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑ |
金属+酸→盐+氢气 | ①浓硫酸,硝酸具有氧化性,和金属反应不生成氢气; ②在金属活动性顺序中排在氢前面的金属才能置换出酸中的氢 |
Zn+2HCl==ZnCl2+H2↑ Zn+H2SO4(稀)==ZnSO4+H2↑ 2Al+3H2SO4(稀)==Al2(SO4)3+3H2↑ |
金属+盐→新盐+新金属 | ①盐必须能溶于水 ②在金属活动性顺序表中,排在前面的金属才能置换出后面的金属 ③钾、钙、钠很活泼,与盐溶液反应不能置换出金属 |
Cu+Hg(NO3)2==Hg+Cu(NO3)2 Fe+CuSO4=FeSO4+Cu |
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某黑色物质可能是CuO、C中的一种或两种,小宇.小林同学为研究该黑色物质,设计如下方案(若有C存在,含量较少):
小宇.小林同学分别设计的两个实验方案如下:
小林:黑色粉末(通入氢气,并加热)产物与白色硫酸铜接触
试回答:
(1)小宇方案中证明有氧化铜的实验现象是___________ _______。
(2)小林方案中仅有氧化铜的实验现象是____________________ 。
(3)以上两个方案中,你认为哪个方案更好,理由是什么?
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(4)小新同学也设计了一个方案:直接将黑色粉末放在空气中加热,请你帮小新判断一下是否可以 (填行或不行),理由
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