Question

17．某化學(xué)探究小組擬用廢銅屑制取Cu（NO₃）₂，并探究其化學(xué)性質(zhì)．
I．如圖1，用濃HNO₃，和過量的廢銅屑充分反應(yīng)制硝酸銅溶液．
（1）寫出銅與濃硝酸反應(yīng)的離子方程式Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O．
（2）①裝置中NaOH溶液的作用是吸收氮氧化物，防止污染空氣．
②欲從反應(yīng)后的溶液中得到硝酸銅晶體，實(shí)驗(yàn)操作步驟是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾．
③你認(rèn)為此裝置是否合理，并說明原因不合理，密閉體系中立即產(chǎn)生大量氣體，會(huì)有安全隱患；或者合理，慢慢擠壓，膠頭滴管控制反應(yīng)速率，使NaOH溶液及時(shí)吸收NO₂．
如果不合理，同時(shí)在原裝置上改進(jìn)；如果合理，只需說明原因．

Ⅱ．為了探究Cu（NO₃）₂的熱穩(wěn)定性，探究小組按圖2裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．（圖中鐵架臺(tái)、鐵夾和加熱儀器均略去）
【實(shí)驗(yàn)裝置】
【實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象】往試管中放入研細(xì)的無水Cu（NO₃）₂晶體并加熱，觀察到試管中有紅棕色氣體生成，最終殘留黑色粉末；用U型管除去紅棕色氣體，在集氣瓶中收集到無色氣體．
【解釋與結(jié)論】
（3）①紅棕色氣體是NO₂．
②根據(jù)現(xiàn)象判斷Cu（NO₃）₂在加熱條件下可以分解，其化學(xué)反應(yīng)方程式為2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
Ⅲ．利用Cu（NO₃）₂制備淺綠色的堿式碳酸銅[CuCO₃•Cu（OH）₂]．
向大試管中加入一定量的碳酸鈉溶液和硝酸銅溶液，水浴加熱，用0.4mol•L^-1的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.5，振蕩、靜置、過濾、洗滌、干燥，得到樣品．
【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】反應(yīng)溫度對(duì)樣品的影響

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	1	2	3	4
溫度/℃	35	50	70	95
樣品顏色	深藍(lán)色	深藍(lán)色	淺綠色	暗藍(lán)色
樣品中堿式碳酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%	90.9	92.7	x	92.0

（4）濾液中可能含有CO₃^2-，寫出檢驗(yàn)CO₃^2-的方法取少量濾液置于試管中，加入足量稀鹽酸，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，溶液變渾濁，說明含碳酸根離子．
（5）95℃時(shí)，樣品顏色發(fā)暗的原因：含有黑色的氧化銅．
（6）70℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)得到2.38g樣品，取此樣品加熱至分解完全（雜質(zhì)不分解），得到1.76g固體，此樣品中堿式碳酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是93.3%．

Answer 1

分析 I、（1）銅與濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮與水；
（2）①反應(yīng)生成的氮的氧化物是大氣污染氣體，被氫氧化鈉溶液吸收，防止污染；
②銅離子存在水解平衡，所以不能直接加熱蒸發(fā)獲得硫酸銅晶體，一般采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶的方法，晶體表面附著的雜質(zhì)離子，需要洗滌除去；
③該裝置為密閉體系，在該體系中若立即產(chǎn)生大量氣體，會(huì)有安全隱患，如果慢慢產(chǎn)生氣體，則不會(huì)產(chǎn)生安全隱患；
Ⅱ、（3）紅棕色氣體為NO₂，最終殘留黑色粉末為CuO，Cu（NO₃）₂受熱分解生成氧化銅、二氧化氮和氧氣；
Ⅲ、（4）依據(jù)碳酸根離子和鹽酸反應(yīng)生成使澄清石灰水變渾濁的氣體二氧化碳，據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；
（5）95℃時(shí)，制得的樣品顏色發(fā)暗的可能原因是含有黑色的氧化銅；
（6）堿式碳酸銅完全分解得到CuO，設(shè)樣品中堿式碳酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，依據(jù)堿式碳酸銅的方程式，利用“差量法”計(jì)算得到所求量．

解答 解：Ⅰ、（1）銅與濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮與水，反應(yīng)離子方程式為：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）①反應(yīng)生成的氮的氧化物是大氣污染氣體，被氫氧化鈉溶液吸收，防止污染，所以裝置中NaOH的作用是吸收氮氧化物，
故答案為：吸收氮氧化物，防止污染空氣；
②由于銅離子在溶液中存在水解平衡，所以從硝酸銅溶液中獲得硝酸銅晶體，不能直接蒸發(fā)結(jié)晶，需要通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，然后過濾洗滌的操作方法完成，
故答案為：冷卻結(jié)晶；
③該裝置為密閉體系，在該體系中若立即產(chǎn)生大量氣體，壓強(qiáng)驟然增大，會(huì)有安全隱患，所以不合理，但如果慢慢擠壓，膠頭滴管控制反應(yīng)速率，使NaOH溶液及時(shí)吸收NO₂，該裝置是合理，
故答案為：不合理，密閉體系中立即產(chǎn)生大量氣體，會(huì)有安全隱患；或者合理，慢慢擠壓，膠頭滴管控制反應(yīng)速率，使NaOH溶液及時(shí)吸收NO₂；
II、（3）①紅棕色氣體為NO₂，
故答案為：NO₂；
②最終殘留黑色粉末為CuO，Cu（NO₃）₂受熱分解生成氧化銅、二氧化氮和氧氣，方程式為Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑，
故答案為：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
III、（4）濾液中可能含有CO₃^2-，檢驗(yàn)CO₃^2-的方法為：取少量濾液置于試管中，加入足量稀鹽酸，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，溶液變渾濁，說明含碳酸根離子，
故答案為：取少量濾液置于試管中，加入足量稀鹽酸，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，溶液變渾濁，說明含碳酸根離子；
（5）CuCO₃分解生成氧化銅，Cu（OH）₂分解生成氧化銅，溫度較高時(shí)，95℃時(shí)，制得的樣品顏色發(fā)暗的可能原因是：含有分解生成的黑色的氧化銅，
故答案為：含有黑色的氧化銅；
（6）堿式碳酸銅完全分解得到CuO，設(shè)樣品中堿式碳酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，依據(jù)堿式碳酸銅的方程式，Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+CO₂↑+H₂O；利用“差量法”計(jì)算可得：222：62=2.38x：（2.38-1.76），解得x=0.933=93.3%；
故答案為：93.3%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)、物質(zhì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，注意掌握常見元素單質(zhì)及其化合物性質(zhì)，明確物質(zhì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力．