Question

19．铁、铜等金属及其化合物在日常生产生活中用途非常广泛．
Ⅰ．实验室欲制备0.3mol Cu（NO₃）₂晶体，甲、乙两同学分别设计实验方案如下：
甲：Cu$\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$Cu（NO₃）₂       乙：Cu$\stackrel{O_{2}}{→}$CuO $\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$Cu（NO₃）₂
（1）从绿色化学的角度分析，乙同学的方案更合理
（2）乙同学实验时通入O₂的速率不宜过大，为便于观察和控制产生O₂的速率，宜选择B装置（填字母序号）．

Ⅱ．某化学实验小组通过实验来探究一包黑色粉是否由Fe₃O₄、CuO组成探究过程如下：
（1）提出假设：
假设1．黑色粉末是CuO；
假设2．黑色粉末是Fe₃O₄；
假设3．黑色粉末是CuO和Fe₃O₄的混合物．
（2）设计探究实验：
取少量粉末放入足量稀硫酸中，在所得溶液中滴加KSCN试剂．
①若假设1成立，则实验现象是溶液显蓝色．
②若假设2或3成立，则实验现象是溶液显血红色证明加入硫酸后生成了三价铁离子，说明黑色物质中含有Fe₃O₄，所以假设2或3都有可能．
为进一步探究，继续向所得溶液加入足量铁粉，若产生有红色固体析出的现象，则假设3成立．
有另一小组同学提出，若混合物中CuO含量较少，可能加入铁粉后实验现象不明显．
查阅资料：Cu²⁺与足量氨水反应生成深蓝色溶液，Cu²⁺+4NH₃•H₂O=Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O．
为探究是假设2还是假设3成立，另取少量粉末加稀硫酸充分溶解后，再加入足量氨水，若假设2成立，则产生红褐色沉淀，同时溶液呈无色现象；若假设3成立，则产生红褐色沉淀，同时溶液呈深蓝色现象．
Ⅲ．由Fe₃O₄、FeO、CuO、Fe组成的固体混合物，在加热条件下用足量的CO还原，得到金属混合物2.86g，将生成的CO₂气体用足量的澄清石灰水吸收后，产生5.00g白色沉淀．固体混合物的质量是3.66g．

Answer 1

分析 Ⅰ、（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；
Ⅱ、（2）依据物质的颜色结合假设1和假设2解答；硫酸与氧化铜反应生成硫酸铜，硫酸铜溶液呈蓝色；
三价铁离子遇到KSCN显血红色；铁粉与铜离子反应置换出铜；如果假设2成立，则加入硫酸后得到的溶液中含有三价铁离子，加入氨水后生成氢氧化铁红褐色沉淀；如果假设3成立则加入硫酸后溶液中既含有三价铁离子还含有铜离子，加入足量氨水反应生成氢氧化铁红褐色沉淀；铜离子与氨水发生反应Cu²⁺+4NH₃•H₂O═Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O，盐酸变为深蓝色．
Ⅲ、发生的有关反应为：Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Fe+4CO₂，FeO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+CO₂，CuO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO₂，根据反应方程式判断CO₂中的O原子来源于CO和金属氧化物，CO₂的物质的量等于金属氧化物中氧原子的物质的量，计算出氧化物中氧元素的质量，金属氧化物的质量等于金属的质量加氧化物中氧元素的质量．

解答 解：Ⅰ、（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；
（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；
Ⅱ、（2）该物质是黑色固体，也可能既含有CuO又含有Fe₃O₄黑色粉末，或是CuO和Fe₃O₄的混合物；
硫酸与氧化铜发生反应：CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，硫酸铜溶液显蓝色，若假设1成立，实验现象为：溶液显蓝色，三价铁离子与KSCN试剂络合成红色络合物，所以如果所得溶液显血红色，证明加入硫酸后生成了三价铁离子，说明黑色物质中含有Fe₃O₄，所以假设2或3都有可能，铁粉与铜离子发生反应：2Cu²⁺+Fe=3Fe²⁺+Cu，所以如果产生红色物质，证明溶液中存在铜离子，则黑色固体中含有CuO，故假设3正确；
如果假设2成立，则加入硫酸后得到的溶液中含有三价铁离子，加入氨水后生成氢氧化铁红褐色沉淀；如果假设3成立则加入硫酸后溶液中既含有三价铁离子还含有铜离子，加入足量氨水反应生成氢氧化铁红褐色沉淀；铜离子与氨水发生反应Cu²⁺+4NH₃•H₂O═Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O，盐酸变为深蓝色，
故答案为：所得溶液显血红色，证明加入硫酸后生成了三价铁离子，说明黑色物质中含有Fe₃O₄，所以假设2或3都有可能；有红色固体析出；红褐色沉淀同时溶液呈无色；红褐色沉淀，同时溶液呈深蓝色；
Ⅲ、发生的有关反应为：Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Fe+4CO₂，FeO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+CO₂，CuO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO₂，根据反应方程式判断CO₂中的O原子来源于CO和金属氧化物，CO₂的物质的量等于金属氧化物中氧原子的物质的量，计算出氧化物中氧元素的质量，金属氧化物的质量等于金属的质量加氧化物中氧元素的质量，生成的CO₂为$\frac{5.00g}{100g/mol}$=0.05mol，从反应方程式可以看出，CO₂中的O原子来源于CO和金属氧化物，
则氧化物中氧元素的物质的量n（O）=0.05mol，m（O）=0.05mol×16g/mol=0.8g，
所以金属氧化物的质量为2.86g+0.8g=3.66g；
故答案为：3.66g．

点评 本题考查了物质成分探究实验，题目涉及的知识点比较多，可以根据信息及所学知识，合理分析得出正确结论，题目难度较大，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．