Question

铜与稀硝酸反应产生NO，NO又被氧化成NO₂，对实验观察无色NO有干扰，过多的NO、NO₂又会污染环境，改进实验的涉及符合绿色化学的思想．有兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”的实验，以探究化学实验的绿色化．
（1）实验前，关闭活塞b，试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的胶塞，加热c，其目的在于

 

（2）在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2mL浓硝酸，c中反应的离子方程式

 

；再由a向c中加2mL蒸馏水，c中实验现象为

 

；
（3）下表中是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是

 

，理由是

 

方案	反应物
甲	Cu、浓硝酸
乙	Cu、稀硝酸
丙	Cu、O2、稀硝酸

（4）该兴趣小组还用上述装置进行实验证明氧化性：KMnO₄＞Cl₂＞Br₂，操作步骤为向d中加入KBr溶液，c中加入固体KMnO₄，由a向c中加入浓盐酸．其实验现象为

 

，但此实验的不足之处是

 

．

Answer 1

考点：硝酸的化学性质,性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）实验前要检查装置气密性；
（2）铜与浓硝酸反应得到硝酸铜、二氧化氮和水；二氧化氮能与水反应生成硝酸和一氧化氮；
（3）根据制备过程中耗酸量最少，无污染的原则进行判断；
（4）根据氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，利用KMnO₄与浓盐酸反应，再利用产生的氯气与KBr溶液反应得到溴，同时要注意尾气吸收．

解答： 解：（1）实验前要检查装置气密性，这是检查装置气密性的常见方法，
故答案为：检查装置气密性；
（2）铜与浓硝酸反应得到硝酸铜、二氧化氮和水，离子方程式为：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；由a向c中加2mL蒸馏水，硝酸进行的稀释，反应变缓，同时二氧化氮能与水反应生成硝酸和一氧化氮，故c中气体颜色变浅，
故答案为：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；反应变缓，气体颜色变淡；
（3）甲：铜与浓硝酸制取硝酸铜时的方程式是：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，生成的NO₂会造成大气污染，硝酸的利用率为50%；
乙：铜与稀硝酸制取硝酸铜时的方程式是：3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，生成的NO也会造成大气污染，硝酸的利用率为75%；
丙：此过程用方程式可表示为：2Cu+O₂

△   .

2CuO，CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O，从过程可以看出该过程不会产生有毒气体，环保且没有多消耗原料，
故能体现绿色化学理念的最佳方案是丙，
故答案为：丙；制取等量的硝酸铜时，丙方案耗酸量最少，无污染；
（4）根据氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，利用KMnO₄与浓盐酸反应：2KMnO4KMnO₄+16HCl=2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O，
再利用产生的氯气与KBr溶液反应得到溴：Cl₂+2KBr=2KCl+Br₂，所以c中有黄绿色气体产生，d中溶液变为橙色，同时要注意尾气吸收，
故答案为：c中有黄绿色气体产生，d中溶液变为橙色；未处理尾气，污染空气．

点评：本题是教材中现有实验的改进优化的设计与评价，难度较大．侧重学生分析问题、解决问题的能力和绿色化学的观点的培养．