Question

1．某化學實驗小組的同學對銅與硝酸反應的實驗及銅的設備、回收利用進行了下列幾方面的研究．
Ⅰ圖甲是課本中驗證銅和濃硝酸反應的裝置，乙、丙是師生對演示實驗改進后的裝置：

（1）甲、乙、丙三個裝置中共同發(fā)生的離子方程式是Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O．
（2）和甲裝置相比，乙裝置的優(yōu)點是①可以控制反應；②吸收NO₂氣體，防止污染環(huán)境．
（3）為了進一步驗證NO₂和水的反應，某學生設計了丙裝置，檢查丙裝置是否漏氣的方法是打開abc，用手捂住試管①，若兩個燒杯中均有氣泡冒出，松開手后，插入兩燒杯中的導管內有倒吸的水柱形成，則氣密性良好．實驗時先關閉彈簧夾c，再打開彈簧夾ab，才能使CO₂氣體充滿試管②．
（4）在做銅與稀硝酸反應的實驗時，常看到生成的氣體為淺紅棕色，其原因是2NO+O₂=2NO₂（用方程式表示），為了能直接觀察到生成氣體的顏色，可在往稀硝酸中加入銅的同時，加入少量碳酸鹽即可達到目的，那么加入碳酸鹽的作用是碳酸鹽與硝酸的反應速率快，生成的CO₂排走了試管內的空氣．
Ⅱ（1）銅可采用如下方法制備：
      火法煉銅：Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+SO₂
      濕法煉銅：CuSO₄+Fe═FeSO₄+Cu
      上述兩種方法中，銅元素均被還原（填“氧化”還是“還原”）成銅單質．
（2）可用FeCl₃溶液浸泡印刷電路板上的銅制備CuCl₂•2H₂O，實驗室模擬回收過程如下：

  加試劑1

①步驟3的目的是使溶液的pH升高到5，此時Fe³⁺濃度為4×10^-11mol/L[K_sp（Fe（OH）₃）=4×10^-38]，可選用的試劑1是CuO或Cu（OH）₂（寫出一種即可）．
②欲實現(xiàn)反應Cu+H₂SO₄（aq）=CuSO₄+H₂↑，在你認為能實現(xiàn)該轉化的裝置中的括號內，標出電極材料（填“Cu”或“C”）．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）銅與濃硝酸的反應生成二氧化氮和硝酸銅；
（2）根據(jù)甲乙兩個裝置的不同點分析；
（3）檢驗裝置的氣密性，應該先形成密閉容器，再根據(jù)氣體的熱脹冷縮原理操作；
（4）銅和稀硝酸 反應生成硝酸銅、一氧化氮和水；觀察到試管內生成的氣體先為淺紅棕色是因為試管中含有空氣，一氧化氮被氧氣氧化為紅棕色氣體二氧化氮；加入碳酸鹽會和硝酸反應生成二氧化碳氣體把試管中空氣趕凈，便于觀察生成的無色一氧化氮氣體；
Ⅱ、（1）元素化合價降低被還原，銅元素化合價降低為0價；
（2）①根據(jù)pH升高，溶液的酸性減弱，加入的物質能與酸反應，同時不能引入新雜質；
②Cu和H₂SO₄之間的反應是非自發(fā)的，需要電解池實現(xiàn)，根據(jù)電解池的構成條件來回答．

解答 解：Ⅰ、（1）甲、乙、丙三個裝置中共同的一個反應是濃硝酸與銅片反應或是濃硝酸與銅絲反應，即Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）甲、乙兩個裝置的差異在于：甲裝置銅與濃硝酸反應使用的是銅片直接與濃硝酸反應，而乙裝置則是可移動的銅絲與濃硝酸反應，其優(yōu)點為便于控制，需要時插入酸液就反應，不需要時從酸液中移出即可；甲裝置沒有處理NO₂污染的裝置，而乙裝置用氫氧化鈉溶液吸收產生的NO₂，能防止空氣污染．
故答案為：①可以控制反應；②吸收NO₂氣體，防止污染環(huán)境；
（3）打開abc，使整個裝置連通，用手捂住試管①給試管加熱，氣體受熱體積膨脹，則兩個燒杯中均有氣泡冒出，松開手后，氣體體積縮小，裝置中的壓強減小，則插入兩燒杯中的導管內有倒吸的水柱形成，說明裝置的氣密性良好；要使NO₂充滿試管②，就不能讓NO₂進入燒杯中與水反應，即必須關閉彈簧夾c，且打開彈簧夾ab，使NO₂經過試管②，利用NO₂的密度比空氣大來用向上排空氣法收集NO₂；
故答案為：打開abc，用手捂住試管①，若兩個燒杯中均有氣泡冒出，松開手后，插入兩燒杯中的導管內有倒吸的水柱形成，則氣密性良好；c，ab；
（4）銅和稀硝酸 反應生成硝酸銅、一氧化氮和水，反應的離子方程式為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；觀察到試管內生成的氣體先為淺紅棕色是因為試管中含有空氣，一氧化氮被氧氣氧化為紅棕色氣體二氧化氮，2NO+O₂=2NO₂；加入碳酸鹽會和硝酸反應生成二氧化碳氣體把試管中空氣趕凈，便于觀察生成的無色一氧化氮氣體；
故答案為：2NO+O₂=2NO₂；  碳酸鹽與硝酸的反應速率快，生成的CO₂排走了試管內的空氣；
Ⅱ、（1）火法煉銅：Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+SO₂，濕法煉銅：CuSO₄+Fe═FeSO₄+Cu，銅元素化合價從+1、+2價反應后變化為0價，銅元素的化合價降低，Cu₂S、CuSO₄都為氧化劑，被還原，發(fā)生還原反應，
故答案為：還原；
（2）①pH升高，溶液的酸性減弱，加入的物質能與酸反應，同時不能引入新雜質，可向溶液中加入CuO或Cu（OH）₂，故答案為：CuO或Cu（OH）₂；
②Cu和H₂SO₄之間的反應是非自發(fā)的，需要電解池實現(xiàn)，金屬銅作陽極，陰極是導體即可，電解質為硫酸，即，
故答案．

點評 本題把實驗知識與濃硝酸的性質、二氧化氮的性質、噴泉實驗的發(fā)生等結合一起，具有很強的綜合性，因而難度較大，需要細心審題，認真分析，側重于考查學生的實驗能力和對基礎知識的綜合應用能力．