Question

3．Cu（NO₃）₂是重要的化工原料．回答下列工业生产和化学实验中的几个问题．
（1）实验室欲制备0.5molCu （NO₃）₂晶体，甲、乙两同学分别设计实验方案如下：
甲：Cu $\stackrel{稀HN{O}_{3}}{→}$ Cu（NO₃）₂         
乙：Cu $\stackrel{{O}_{2}}{→}$ CuO $\stackrel{稀HN{O}_{3}}{→}$Cu（NO₃）₂
①从绿色化学的角度分析，乙同学的方案更合理，理由是a制取等量的硝酸铜所用硝酸的量少，减少对环境的污染；
②乙同学实验时通入O₂的速率不宜过快，为便于观察和控制产生O₂的速率，宜选择如图1中B装置（填字母序号）．
（2）利用铜片、铁片、石墨、400mL  2mol/L的硝酸铜溶液、导线和电流表，设计一个原电池
①负极材料Fe 电极反应方程式为Fe-2e^-=Fe²⁺；
②正极材料石墨 电极反应方程式为Cu²⁺+2e^-=Cu
③硝酸铜浓度变为原来一半时，电路中转移的电子数为0.8N_A．
（3）有如图2装置，当电路中通过2mol电子时，Cu电极质量变化为C．
A．增重64g   B．减重64g    C．可能增重64g，也可能减重64g．

Answer 1

分析 （1）①评价实验方案要从反应的可操作性，生成物的性质，环保节能等方面分析．由于硝酸与铜直接反应时会生成有毒的氮氧化物，第一个方案环保并且使用的硫酸量较小进行分析；
②实验时通入O₂的速率不宜过大，为便于观察和控制产生O₂的速率，分析装置可知，利用分液漏斗控制加入过氧化氢的量能达到要求；
（2）该反应中Fe元素化合价由0价变为+2价、Cu元素化合价由+2价变为0价，所以Fe作负极、不如Fe活泼的金属或导电的非金属作正极，如铜片或石墨，硝酸铜为电解质；工作时，正极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu，负极反应式为Fe-2e^-=Fe²⁺，电子从负极沿导线流向正极；
根据1mol转移2mol的电子，来分析求解；
（3）铜是负极发生氧化反应，电极反应式为：Cu-2e^-=Cu²⁺，铜如果是正极，电极反应式为：Cu²⁺+2e^-=Cu．

解答 解：（1）①甲方案中放出的有毒气体氮氧化物会造成对空气的污染，因此，从保护环境的角度来看，甲方案不合理；乙方案铜和氧气加热生成氧化铜，氧化铜和硝酸反应产生硝酸铜和水，因此反应过程中没有污染物，且原料的利用率高；
故答案为：乙；理由：a制取等量的硝酸铜所用硝酸的量少，减少对环境的污染；
②实验时通入O₂的速率不宜过大，为便于观察和控制产生O₂的速率，分析装置可知，利用分液漏斗控制加入过氧化氢的量能达到要求，装置B中生成的氧气通过浓硫酸可以干燥氧气，同时观察气体气泡冒出的速率控制生成氧气的速率，所以选择B装置；
故答案为：B；
（2）该反应中Fe元素化合价由0价变为+2价、Cu元素化合价由+2价变为0价，所以Fe作负极、不如Fe活泼的金属或导电的非金属作正极，如铜或石墨，硝酸铜为电解质；工作时，正极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu，负极反应式为Fe-2e^-=Fe²⁺；
Fe作负极、石墨作正极，硝酸铜为电解质，装置图为；硝酸铜浓度变为原来一半时，则参加反应的铜离子的物质的量为：0.4L×2mol/L×$\frac{1}{2}$
=0.4mol，所以转移电子数为：0.8N_A，故答案为：①负极：Fe；Fe-2e^-=Fe²⁺；②正极：石墨；Cu²⁺+2e^-=Cu；③0.8N_A；
（3）铜是负极发生氧化反应，电极反应式为：Cu-2e^-=Cu²⁺，铜如果是正极，电极反应式为：Cu²⁺+2e^-=Cu，所以当电路中通过2mol电子时，Cu电极质量变化可能增重64g，也可能减重64g，故选C．

点评 本题考查了物质成分探究实验和电化学的相关知识，题目涉及的知识点比较多，分析一个反应的可行性要从多方面分析，如从反应的可行性，环保安全，操作简便，经济节能方面考虑，本题难度较大．