Question

20．某化學(xué)探究小組擬用廢銅屑制取Cu（NO₃）₂并探究其化學(xué)性質(zhì)．
I、如圖所示，用濃HNO₃和過(guò)量的廢銅屑充分反應(yīng)制硝酸銅溶液．
（1）寫出銅與濃硝酸反應(yīng)的離子方程式Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O．
（2）①裝置中NaOH溶液的作用是吸收氮氧化物，防止污染空氣．
②欲從反應(yīng)后的溶液中得到硝酸銅晶體，實(shí)驗(yàn)操作步驟依次是：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、烘干．
③你認(rèn)為此裝置是否合理，并說(shuō)明原因不合理，密閉體系中立即產(chǎn)生大量氣體，會(huì)有安全隱患；或者合理，慢慢擠壓，膠頭滴管控制反應(yīng)速率，使NaOH溶液及時(shí)吸收NO₂．
Ⅱ、為了探究Cu（NO₃）₂熱穩(wěn)定性，探究小組按下圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．（圖中鐵架臺(tái)、鐵夾和加熱儀器均略去）

（3）往試管中放入研細(xì)的無(wú)水Cu（NO₃）₂晶體并加熱，觀察到試管中有紅棕色氣體生成，最終殘留黑色粉末；在集氣瓶中收集到無(wú)色氣體．由此判斷Cu（NO₃）₂受熱分解的化學(xué)方程式為2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
Ⅲ、利用Cu（NO₃）₂制備淺綠色的堿式碳酸銅[CuCO₃•Cu（OH）₂]．
向大試管中加入一定量的碳酸鈉溶液和硝酸銅溶液，水浴加熱，用0.4mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.5，振蕩、靜置、過(guò)濾、洗滌、干燥，得到樣品．下表是化學(xué)探究小組的實(shí)驗(yàn)記錄，據(jù)此回答相關(guān)問(wèn)題：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	1	2	3	4
溫度/℃	35	50	70	95
樣品顏色	深藍(lán)色	深藍(lán)色	淺綠色	暗藍(lán)色

（4）95℃時(shí)，制得的樣品顏色發(fā)暗的可能原因是：含有黑色的氧化銅．
（5）70℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)得到3.82g樣品，取此樣品加熱至分解完全（雜質(zhì)不反應(yīng)），得到3.20g固體，此樣品中堿式碳酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是58.1%．

Answer 1

分析 I、（1）銅與濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮與水；
（2）①反應(yīng)生成的氮的氧化物是大氣污染氣體，被氫氧化鈉溶液吸收，防止污染；
②銅離子存在水解平衡，所以不能直接加熱蒸發(fā)獲得硫酸銅晶體，一般采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶的方法，晶體表面附著的雜質(zhì)離子，需要洗滌除去；
③該裝置為密閉體系，在該體系中若立即產(chǎn)生大量氣體，會(huì)有安全隱患，如果慢慢產(chǎn)生氣體，則不會(huì)產(chǎn)生安全隱患；
Ⅱ、（3）紅棕色氣體為NO₂，最終殘留黑色粉末為CuO，Cu（NO₃）₂受熱分解生成氧化銅、二氧化氮和氧氣；
Ⅲ、（4）95℃時(shí)，制得的樣品顏色發(fā)暗的可能原因是含有黑色的氧化銅；
（5）堿式碳酸銅完全分解得到CuO，設(shè)樣品中堿式碳酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，依據(jù)堿式碳酸銅的方程式，利用“差量法”計(jì)算得到所求量．

解答 解：Ⅰ、（1）銅與濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮與水，反應(yīng)離子方程式為：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）①反應(yīng)生成的氮的氧化物是大氣污染氣體，被氫氧化鈉溶液吸收，防止污染，所以裝置中NaOH的作用是吸收氮氧化物，
故答案為：吸收氮氧化物，防止污染空氣；
②由于銅離子在溶液中存在水解平衡，所以從硝酸銅溶液中獲得硝酸銅晶體，不能直接蒸發(fā)結(jié)晶，需要通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，然后過(guò)濾洗滌的操作方法完成，
故答案為：冷卻結(jié)晶；洗滌；
③該裝置為密閉體系，在該體系中若立即產(chǎn)生大量氣體，壓強(qiáng)驟然增大，會(huì)有安全隱患，所以不合理，但如果慢慢擠壓，膠頭滴管控制反應(yīng)速率，使NaOH溶液及時(shí)吸收NO₂，該裝置是合理，
故答案為：不合理，密閉體系中立即產(chǎn)生大量氣體，會(huì)有安全隱患；或者合理，慢慢擠壓，膠頭滴管控制反應(yīng)速率，使NaOH溶液及時(shí)吸收NO₂；
II、（3）紅棕色氣體為NO₂，最終殘留黑色粉末為CuO，Cu（NO₃）₂受熱分解生成氧化銅、二氧化氮和氧氣，方程式為Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑，
故答案為：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
III、（4）CuCO₃分解生成氧化銅，Cu（OH）₂分解生成氧化銅，溫度較高時(shí)，95℃時(shí)，制得的樣品顏色發(fā)暗的可能原因是：含有分解生成的黑色的氧化銅，
故答案為：含有黑色的氧化銅； 
（5）堿式碳酸銅完全分解得到CuO，設(shè)樣品中堿式碳酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，依據(jù)堿式碳酸銅的方程式，Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+CO₂↑+H₂O；利用“差量法”計(jì)算可得：222：62=3.82x：（3.82-3.20），解得x=0.581=58.1%；
故答案為：58.1%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)、物質(zhì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，注意掌握常見元素單質(zhì)及其化合物性質(zhì)，明確物質(zhì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力．