Question

某化学小组用废导线拆解的铜丝制取Cu（NO₃）₂，并对其化学性质进行探究．
（1）他们选择的方法是：把铜丝绞碎、放在空气中灼烧，再加入稀HNO₃反应制取硝酸铜；而没有选择直接用铜屑与HNO₃反应来制取硝酸铜的原因是：

 

．
（2）小组用下图所示装置（夹持和加热装置均已略去），进行了Cu（NO₃）₂热稳定性的实验探究．

取少许无水Cu（NO₃）₂晶体放入试管A、并加热，观察到试管A中有红棕色气体生成，经U型管变为无色，收集于试管B中，待试管B中液面不再变化时，停止实验；试管A中残留有黑色粉末．
①写出Cu（NO₃）₂受热分解的化学方程式：

 

．
②当取出冰盐浴中U型管时，U型管内气体颜色又逐渐变为红棕色，用必要文字和化学用语说明发生这一现象的原因：

 

．
（3）在盛有Cu（NO₃）₂溶液的试管中滴入稀硫酸酸化，再加入铁粉，充分反应后没有固体残留存在．
①小组推测，反应中可能大量存在的阳离子组合有

 

种；
②小组对反应后溶液中可能大量存在的阳离子组进行了下述实验鉴定，结论是

 

．

实 验 操 作 步 骤	现 象
步骤1：观察溶液．	溶液呈暗蓝色
步骤2：取少量稀释后溶液，滴加酸性KMnO4溶液．	紫色不消失
步骤3：取少量稀释后溶液，滴加KSCN溶液．	变红色

Answer 1

考点：性质实验方案的设计,制备实验方案的设计

专题：实验题

分析：（1）比较方案的优劣，一般从三个方面考虑：一是原料是否简单易得，二是操作是否简单，三是否环保；写出反应的化学方程式，然后根据反应原理进行判断；
（2）①根据信息Cu（NO₃）₂受热分解生成氧化铜、二氧化氮和氧气；
②A中有红棕色气体生成即NO₂，经U型管变为无色，结合2NO₂（红棕色）  N₂O₄（无色）△H＜0，说明二氧化氮在低温时向正方向移动转化成四氧化二氮，取出U型管后，温度升高，平衡向逆反应方向移动，NO₂浓度变大，又变红色；
（3）①盛有Cu（NO₃）₂溶液的试管中滴入稀硫酸酸化，再加入铁粉，当铁很少时发生的反应为：Fe+4H⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，则溶液中的阳离子组合为三价铁、二价铜、还有氢离子；当铁再多一些，将三价铁还原成二价铁，则则溶液中的阳离子组合为二价铁、二价铜、还有氢离子；
②步骤1：Fe²⁺的溶液为浅绿色，Fe³⁺溶液为棕黄色，Cu²⁺溶液为蓝色，而该溶液呈暗蓝色，据此进行判断；
步骤2：酸性KMnO4溶液具有氧化性，能够氧化Fe²⁺，因为紫色不消失，则不含二价铁；
步骤3：取少量稀释后溶液，滴加KSCN溶液变红色，据此可知含三价铁．

解答： 解：（1）把铜丝绞碎、放在空气中灼烧，再加入稀HNO₃反应制取硝酸铜的反应为：2Cu+O₂

△   .

2CuO，CuO+2HNO₃═Cu（NO₃）₂+H₂O，
用铜屑与HNO₃反应来制取硝酸铜反应为：3Cu+8HNO₃（稀）═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
生成等物质的量的硝酸铜，假如为1mol，前者消耗2mol硝酸，而后者消耗

8

3

mol硝酸，显然后者消耗的硝酸原料多，并且产生污染气体NO，
故答案为：生成等量硝酸铜，消耗硝酸前者少后者多，前者不产生污染物，后者产生污染物；
（2）①根据信息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═2CuO+4NO₂↑+O₂↑，故答案为：Cu（NO₃）₂═2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
②A中有红棕色气体生成即NO₂，经U型管变为无色，结合2NO₂（红棕色）  N₂O₄（无色）△H＜0，说明二氧化氮在低温时向正方向移动转化成四氧化二氮，取出U型管后，温度升高，平衡向逆反应方向移动，NO₂浓度变大，又变红色，
故答案为：U型管内存在2NO₂（红棕色）  N₂O₄（无色）△H＜0，取出U型管后，温度升高，平衡向逆反应方向移动，NO₂浓度变大；
（3）①盛有Cu（NO₃）₂溶液的试管中滴入稀硫酸酸化，再加入铁粉，当铁很少时发生的反应为：Fe+4H⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，则溶液中的阳离子组合为三价铁、二价铜、还有氢离子；当铁再多一些，将三价铁还原成二价铁，则则溶液中的阳离子组合为二价铁、二价铜、还有氢离子，故答案为：2；
②步骤1：Fe²⁺的溶液为浅绿色，Fe³⁺溶液为棕黄色，Cu²⁺溶液为蓝色，而该溶液呈暗蓝色，据此肯定含铜离子；
步骤2：酸性KMnO4溶液具有氧化性，能够氧化Fe²⁺，因为紫色不消失，则不含二价铁；
步骤3：取少量稀释后溶液，滴加KSCN溶液变红色，据此可知含三价铁，综合所以含Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺，故答案为：Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺．

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．