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13.工业上以铜屑、浓硝酸、水为主要原料生产硝酸铜,试运用所学的化学知识,设计出三种不同的制取硝酸铜的生产路线.
(1)第一种方案是铜与氧气反应制得氧化铜,氧化铜与浓硝酸反应制得硝酸铜化学方程式是2Cu+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO,CuO+2HNO3=Cu(NO32+H2O
(2)第二种方案是铜与浓硝酸制取硝酸铜化学方程式是Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO32+2NO2↑+2H2O
(3)第三种方案是铜与稀硝酸制取硝酸铜化学方程式是3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO32+2NO↑+4H2O
(4)从资源的有效利用和环境保护两个方面对上述三种生产路线进行简要评析方案一不会产生有毒气体,环保且没有多消耗原料,第二方案有二氧化氮产生且原料消耗多,第三种方案有一氧化氮污染空气同时消耗的硝酸也比方案一多,所以方案一的方法最为合理
(5)为制得纯净硝酸铜、要除去铁、钴、镍等杂质,实际操作是:
①在制得的硝酸铜溶液里加入氧化铜,调节溶液pH为4后通入过热水蒸气,使Fe(OH)2沉淀析出并过滤除去
②将所得溶液蒸发并析出Cu(NO32.6H2O晶体,简析其化学原理,丙写出相关的化学方程式.

分析 工业上以铜屑、浓硫酸、水为主要原料生产硝酸铜,可以用铜与浓硝酸反应,也要以用铜在空气中加热氧化得氧化铜再与硝酸反应得硝酸铜,或者将浓硝酸稀释成稀硝酸,用铜与稀硝酸反应制取硝酸铜,一氧化氮和二氧化氮对环境污染,在制得的硝酸铜溶液里含有硝酸,加入氧化铜,氧化铜与酸反应,调节溶液pH为4后通入过热水蒸气,铁离子水角,使Fe(OH)3沉淀析出并过滤除去,将所得溶液蒸发浓缩、蒸发结晶,析出Cu(NO32.6H2O晶体,据此答题.

解答 解:工业上以铜屑、浓硫酸、水为主要原料生产硝酸铜,可以用铜与浓硝酸反应,也要以用铜在空气中加热氧化得氧化铜再与硝酸反应得硝酸铜,或者将浓硝酸稀释成稀硝酸,用铜与稀硝酸反应制取硝酸铜,一氧化氮和二氧化氮对环境污染,在制得的硝酸铜溶液里含有硝酸,加入氧化铜,氧化铜与酸反应,调节溶液pH为4后通入过热水蒸气,铁离子水角,使Fe(OH)3沉淀析出并过滤除去,将所得溶液蒸发浓缩、蒸发结晶,析出Cu(NO32.6H2O晶体,
(1)第一种方案是将铜与氧气反应制得氧化铜,氧化铜与浓硝酸反应制得硝酸铜,化学方程式是2Cu+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO,CuO+2HNO3=Cu(NO32+H2O,
故答案为:铜与氧气反应制得氧化铜,氧化铜与浓硝酸反应制得硝酸铜;2Cu+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO,CuO+2HNO3=Cu(NO32+H2O;
(2)第二种方案是 铜与浓硝酸制取硝酸铜,化学方程式是 Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO32+2NO2↑+2H2O,
故答案为:铜与浓硝酸制取硝酸铜;Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO32+2NO2↑+2H2O;
(3)第三种方案是 铜与稀硝酸制取硝酸铜,化学方程式是 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO32+2NO↑+4H2O,
故答案为:铜与稀硝酸制取硝酸铜;3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO32+2NO↑+4H2O;
(4)从上述三种方案的过程可以看出,方案一不会产生有毒气体,环保且没有多消耗原料,第二方案有二氧化氮产生且原料消耗多,第三种方案有一氧化氮污染空气同时消耗的硝酸也比方案一多,所以方案一的方法最为合理,
故答案为:方案一不会产生有毒气体,环保且没有多消耗原料,第二方案有二氧化氮产生且原料消耗多,第三种方案有一氧化氮污染空气同时消耗的硝酸也比方案一多,所以方案一的方法最为合理;
(5)为制得纯净硝酸铜、要除去铁、钴、镍等杂质,在制得的硝酸铜溶液里含有硝酸,加入氧化铜,氧化铜与酸反应,调节溶液pH为4,反应方程式为CuO+2HNO3=Cu(NO32+H2O,后通入过热水蒸气,铁离子水解,使Fe(OH)3沉淀析出并过滤除去,反应方程式为Fe3++3H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe(OH)3↓+3H+,将所得溶液蒸发浓缩、蒸发结晶,析出Cu(NO32.6H2O晶体,
答:在制得的硝酸铜溶液里含有硝酸,加入氧化铜,氧化铜与酸反应,调节溶液pH为4,反应方程式为CuO+2HNO3=Cu(NO32+H2O,后通入过热水蒸气,铁离子水解,使Fe(OH)3沉淀析出并过滤除去,反应方程式为Fe3++3H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe(OH)3↓+3H+,将所得溶液蒸发浓缩、蒸发结晶,析出Cu(NO32.6H2O晶体.

点评 本题以硝酸铜的制备为命题的出发点,将改进优化的过程设计成一个探究性的试题,旨在考查学生的基础知识、分析问题解决问题的能力、实验操作与实验方案的评价能力、绿色化学的观点等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.淀粉水解的产物(C6H12O6)用硝酸氧化可以制备草酸,装置如图1所示(加热、搅拌和仪器固定装置均已略去):

实验过程如下:
①将1:1的淀粉水乳液与少许98%硫酸加入烧杯中,水浴加热至85~90℃,保持30min,然后逐渐将温度降至60℃左右;
②将一定量的淀粉水解液加入三颈烧瓶中;
③控制反应液温度在55~60℃条件下,边搅拌边缓慢滴加一定量含有适量催化剂的混酸(65% HNO3与98% H2SO4的质量比为4:3)溶液;
④反应3h左右,冷却,减压过滤后再重结晶得草酸晶体.
硝酸氧化淀粉水解液过程中可发生下列反应:
C6H12O6+12HNO3→3H2C2O4+9NO2↑+3NO↑+9H2O
C6H12O6+8HNO3→6CO2↑+8NO↑+10H2O
3H2C2O4+2HNO3→6CO2↑+2NO↑+4H2O
请回答下列问题:
(1)实验①加入98%硫酸少许的目的是加快淀粉水解的速率(或起到催化剂的作用).
(2)检验淀粉是否水解完全所用的试剂为碘水.
(3)冷凝水的进口是a(填“a”或“b”).
(4)装置B的作用为安全瓶.
(5)实验中若混酸滴加过快,将导致草酸产量下降,其原因是温度过高,硝酸浓度过大,导致H2C2O4进一步被氧化.
(6)当尾气中n(NO2):n(NO)=1:1时,过量的NaOH溶液能将氮氧化物全部吸收,发生的化学反应为NO2+NO+2NaOH═2NaNO2+H2O,若用步骤④后含硫酸的母液来吸收氮氧化物,其优点是提高HNO3利用率,缺点是NOx(或氮氧化物)吸收不完全.
(7)将产品在恒温箱内约90℃以下烘干至恒重,得到二水合草酸.用KMnO4标准溶液滴定,该反应的离子方程式为2MnO${\;}_{4}^{-}$+5H2C2O4+6H+═2Mn2++10CO2↑+8H2O.称取该样品0.12g,加适量水完全溶解,然后用0.020mol•L-1的酸性KMnO4溶液滴定至终点(杂质不参与反应),滴定前后滴定管中的液面读数如图2所示,则该草酸晶体样品中二水合草酸的质量分数为84.0%.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.下列有关胶体的应用或事实说法不正确的是(  )
A.将纳米碳(粒子直径为1~100nm的材料)均匀地分散到蒸馏水中,所形成的体系是胶体
B.氢氧化铁胶体带正电,所以进行电泳实验时,阴极区域颜色加深
C.可以用丁达尔效应区分氢氧化铁胶体和碘水
D.明矾和硫酸铁的净水原理相同

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

1.三聚氰胺是一种白色固体,分子式为C3H6N6.下列有关说法不正确的是(  )
A.三聚氰胺的摩尔质量为126g/mol
B.三聚氰胺分子中各元素原子的物质的量之比为n(C):n(H):n(N)=1:2:2
C.三聚氰胺分子中各元素的质量比为m(C):m(H):m(N)=6:1:14
D.标准状况下,1mol三聚氰胺所占的体积约为22.4 L

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

8.从下列选项中选择适当的字母填入空格
A、渗析      B、布朗运动   C、聚沉    D、丁达尔效应    E、电泳
(1)氢氧化铁胶体呈红褐色,插入两个惰性电极,通直流电一段时间,阴极附近颜色加深,这种现象叫E
(2)强光通过氢氧化铁胶体,可看到光带,这种现象叫D
(3)淀粉和食盐混合液放在半透膜中,悬挂在盛有蒸馏水的烧杯里,从而使它们分离,这种方法叫A
(4)氢氧化铁胶体加入硅酸胶体,胶体变浑浊,这是发生了C.

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

18.一定温度下,某1L体积固定的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示,请回答下列问题:
(1)该反应的生成物是Z.
(2)0~10s时,平均反应速率v(Z)=0.158mol/(L•s).
(3)0~10s时,平均反应速率v(X)=(填“>”“<”或“=”)v(Y).
(4)该反应的化学方程式为X+Y?2Z
(5)10s后,可以作为达到平衡状态的标志是②(单选,填序号)
①单位时间内生成1molX的同时生成1molY
②单位时间内消耗1molX的同时消耗2molZ
③混合气体的密度不再改变
④容器中的压强不随时间的变化而改变.

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5.关于1molCO2的叙述正确的是(  )
A.含有NA个二氧化碳分子B.含有1molO2
C.质量为44 g•mol-1D.所占的体积为22.4L

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

2.实验室中一般采用醇与溴化钠以及浓硫酸混合反应制备溴代烃,实验室制备溴乙烷和1-溴丁烷均用此原理.有关数据列表如表;请回答下列问题:
 乙醇溴乙烷1-丁醇1-溴丁烷
密度/g•cm-30.78931.46040.80981.2758
沸点/℃78.538.4117.2101.6
(1)请写出制溴乙烷的有关反应方程式2CH3CH2OH+2NaBr+H2SO4$\stackrel{△}{→}$2CH3CH2Br+2H2O+Na2SO4
(2)将1-溴丁烷粗产品置于分液漏斗中加水,振荡后静置,产物在下层(填“上层”、“下层”或“不分层”).
(3)制备操作中,加入的浓硫酸必需进行稀释,目的是abc.(填字母)
a.减少副产物烯和醚的生成         b.减少Br2的生成
c.减少HBr的挥发               d.水是反应的催化剂
(4)欲除去溴代烷中的少量杂质Br2,下列物质中最适合的是c.(填字母)
a.NaI    b.NaOH    c.NaHSO3    d.KCl
(5)在制备溴乙烷时,采用边反应边蒸出产物的方法,其有利于平衡向生成溴乙烷的方向移动;但在制备1-溴丁烷时却不能边反应边蒸出产物,其原因是1-溴丁烷和正丁醇的沸点相差不大.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

3.下列各组中的三种稀溶液,只用石蕊试液就能取分开的是(  )
A.HCl、NaOH、Ba(OH)2B.HCl、KOH、NaClC.H2SO4、HCl、NaClD.H2SO4、NaOH、KOH

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