Question

以铜、硝酸、硝酸银、水、空气等为原料，可用多种方法制取Cu(NO₃)₂。

    (1)试设计四种制取Cu(NO₃)₂的途径(用化学方程式表示)。

    (2)从“绿色化学”角度(环境保护和经济效益)考虑，大量制取Cu(NO₃)₂最宜采用上述哪种方法?说明原因。

Answer 1

解析：这是一道开放型的实验设计题目，答案是多样化的。从给出的原料和目标产物Cu(NO₃)₂来看，基本的思路如下：

    ①直接用Cu跟HNO₃反应，则有：

    Cu+4HNO₃(浓)====Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O

    3Cu+8 HNO₃(稀)====3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

    ②利用Cu+2AgNO₃====Cu(NO₃)₂+2Ag

    ③2Cu+O₂====2CuO，CuO+2HNO₃====Cu(NO₃)₂+H₂O

    至此，问题(1)完成。

    问题(2)实际上是要求从环境保护和经济效益两个角度对上述四种制取Cu(NO₃)₂的方法进行评价。很显然，用Cu和HNO₃直接反应的方法既污染环境(生成NO或NO₂)，又浪费原料(HNO₃的理论利用率分别只有50％和75％)，故不符合要求。用Cu和AgNO₃，反应方法虽然简单，但是成本太高(AgNO₃是一种昂贵的试剂)，也不符合题目要求。只有最后一种方法既不造成污染(两种基本原料为Cu和HNO₃)，又不会有损失，符合“绿色化学”的设计思想。

答案：(1)方法一：Cu+4HNO₃(浓)====Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O

    方法二：3Cu+8 HNO₃(稀)====3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

    方法三：Cu+2AgNO₃====Cu(NO₃)₂+2Ag

    方法四：2Cu+O₂====2CuO，CuO+2HNO₃====Cu(NO₃)₂+H₂O

    (2)大量制取Cu(NO₃)₂应该采用方法四，其原因是方法一和方法二会产生大量污染性气体NO或NO₂，且HNO₃的利用率达不到100％；方法三中AgNO₃价格很高，使生产成本昂贵；方法四中从理论上分析，不会造成明显的环境污染，而且Cu和HNO₃的利用率均可达100％。