Question

某兴趣小组设计出下图所示装置来进行“铜与硝酸反应”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，其目的是

检查装置气密性

．
（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中反应的化学方程式是

Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O

；再由a向c中加2mL蒸馏水，c中的实验现象是

反应变缓，气体颜色变淡

．
（3）上表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

丙

，原因是

耗酸量最少，无污染

．
（4）该小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO₄＞Cl₂＞Br₂，则c中加入的试剂是

KMnO₄

d中加入的试剂是

KBr溶液（含Br^-的溶液）

，实验现象为

c中有黄绿色气体产生，d中溶液变为黄棕色

；但此实验的不足之处是

没有处理尾气

．

Answer 1

分析：（1）根据检查装置的气密性；
（2）根据铜与浓硝酸反应得到硝酸铜、二氧化氮和水；根据二氧化氮能与水反应；
（3）根据制备过程中耗酸量最少，无污染的原则；
（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）因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）因铜与浓硝酸反应：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，由a向c中加2mL蒸馏水，硝酸进行的稀释，反应变缓，同时因二氧化氮能与水反应：3NO₂+2H₂O=2HNO₃+NO，c中气体颜色变浅，故答案为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；反应变缓，气体颜色变淡；
（3）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

1

2

；
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

3

4

；
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，故答案为：丙；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中溶液变为黄棕色，同时要注意尾气吸收，
故答案为：KMnO₄；KBr溶液（含Br^-的溶液）；c中有黄绿色气体产生，d中溶液变为黄棕色；没有处理尾气．

点评：本题以教材中现有实验的缺陷为命题的出发点，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．