Question

20．某化学探究小组拟用废铜屑制取Cu（NO₃）₂并探究其化学性质．
I、如图所示，用浓HNO₃和过量的废铜屑充分反应制硝酸铜溶液．
（1）写出铜与浓硝酸反应的离子方程式Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O．
（2）①装置中NaOH溶液的作用是吸收氮氧化物，防止污染空气．
②欲从反应后的溶液中得到硝酸铜晶体，实验操作步骤依次是：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干．
③你认为此装置是否合理，并说明原因不合理，密闭体系中立即产生大量气体，会有安全隐患；或者合理，慢慢挤压，胶头滴管控制反应速率，使NaOH溶液及时吸收NO₂．
Ⅱ、为了探究Cu（NO₃）₂热稳定性，探究小组按下图装置进行实验．（图中铁架台、铁夹和加热仪器均略去）

（3）往试管中放入研细的无水Cu（NO₃）₂晶体并加热，观察到试管中有红棕色气体生成，最终残留黑色粉末；在集气瓶中收集到无色气体．由此判断Cu（NO₃）₂受热分解的化学方程式为2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
Ⅲ、利用Cu（NO₃）₂制备浅绿色的碱式碳酸铜[CuCO₃•Cu（OH）₂]．
向大试管中加入一定量的碳酸钠溶液和硝酸铜溶液，水浴加热，用0.4mol/L的NaOH溶液调节pH至8.5，振荡、静置、过滤、洗涤、干燥，得到样品．下表是化学探究小组的实验记录，据此回答相关问题：

实验序号	1	2	3	4
温度/℃	35	50	70	95
样品颜色	深蓝色	深蓝色	浅绿色	暗蓝色

（4）95℃时，制得的样品颜色发暗的可能原因是：含有黑色的氧化铜．
（5）70℃时，实验得到3.82g样品，取此样品加热至分解完全（杂质不反应），得到3.20g固体，此样品中碱式碳酸铜的质量分数是58.1%．

Answer 1

分析 I、（1）铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮与水；
（2）①反应生成的氮的氧化物是大气污染气体，被氢氧化钠溶液吸收，防止污染；
②铜离子存在水解平衡，所以不能直接加热蒸发获得硫酸铜晶体，一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法，晶体表面附着的杂质离子，需要洗涤除去；
③该装置为密闭体系，在该体系中若立即产生大量气体，会有安全隐患，如果慢慢产生气体，则不会产生安全隐患；
Ⅱ、（3）红棕色气体为NO₂，最终残留黑色粉末为CuO，Cu（NO₃）₂受热分解生成氧化铜、二氧化氮和氧气；
Ⅲ、（4）95℃时，制得的样品颜色发暗的可能原因是含有黑色的氧化铜；
（5）碱式碳酸铜完全分解得到CuO，设样品中碱式碳酸铜的质量分数为x，依据碱式碳酸铜的方程式，利用“差量法”计算得到所求量．

解答 解：Ⅰ、（1）铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮与水，反应离子方程式为：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）①反应生成的氮的氧化物是大气污染气体，被氢氧化钠溶液吸收，防止污染，所以装置中NaOH的作用是吸收氮氧化物，
故答案为：吸收氮氧化物，防止污染空气；
②由于铜离子在溶液中存在水解平衡，所以从硝酸铜溶液中获得硝酸铜晶体，不能直接蒸发结晶，需要通过蒸发浓缩、冷却结晶，然后过滤洗涤的操作方法完成，
故答案为：冷却结晶；洗涤；
③该装置为密闭体系，在该体系中若立即产生大量气体，压强骤然增大，会有安全隐患，所以不合理，但如果慢慢挤压，胶头滴管控制反应速率，使NaOH溶液及时吸收NO₂，该装置是合理，
故答案为：不合理，密闭体系中立即产生大量气体，会有安全隐患；或者合理，慢慢挤压，胶头滴管控制反应速率，使NaOH溶液及时吸收NO₂；
II、（3）红棕色气体为NO₂，最终残留黑色粉末为CuO，Cu（NO₃）₂受热分解生成氧化铜、二氧化氮和氧气，方程式为Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑，
故答案为：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
III、（4）CuCO₃分解生成氧化铜，Cu（OH）₂分解生成氧化铜，温度较高时，95℃时，制得的样品颜色发暗的可能原因是：含有分解生成的黑色的氧化铜，
故答案为：含有黑色的氧化铜； 
（5）碱式碳酸铜完全分解得到CuO，设样品中碱式碳酸铜的质量分数为x，依据碱式碳酸铜的方程式，Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+CO₂↑+H₂O；利用“差量法”计算可得：222：62=3.82x：（3.82-3.20），解得x=0.581=58.1%；
故答案为：58.1%．

点评 本题考查了制备实验方案的设计与评价、物质性质实验方案的设计，题目难度中等，注意掌握常见元素单质及其化合物性质，明确物质性质实验方案的设计与评价方法，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识解决实际问题的能力．