Question

9．某化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)對(duì)銅與硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及銅的制備、回收利用進(jìn)行了下列幾方面的研究：

（1）圖甲是課本中驗(yàn)證銅和濃硝酸反應(yīng)的裝置，乙、丙是師生對(duì)演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的裝置：
甲、乙、丙三個(gè)裝置中共同發(fā)生的離子方程式是Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O．
（2）和甲裝置相比，乙裝置的優(yōu)點(diǎn)是①可以控制反應(yīng)；②吸收NO₂氣體，防止污染環(huán)境．
（3）做銅與濃硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了減少污染，化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組的又同學(xué)設(shè)計(jì)了以下四種裝置，希望在不拆除、不增加儀器的情況下既能觀察到反應(yīng)現(xiàn)象，又能使二氧化氮被吸收（氫氧化鈉可吸收）．設(shè)計(jì)的裝置（如圖2）能達(dá)目的是：①③（填序號(hào)）．
（4）在做銅與稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，�？吹缴�成的氣體為淺紅棕色，其原因是：試管內(nèi)有空氣存在，將生成的NO氧化為NO₂，2NO+O₂=2NO₂；為了能直接觀察到生成氣體的顏色，可在往稀硝酸中加入銅的同時(shí)，加入少量碳酸鹽即可達(dá)到目的，那么加入碳酸鹽的作用是：碳酸鹽與硝酸的反應(yīng)速率快，生成的CO₂排走了試管內(nèi)的空氣．
Ⅱ（1）銅可采用如下方法制備：
火法煉銅：Cu₂S+O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+SO₂ 濕法煉銅：CuSO₄+Fe═FeSO₄+Cu
上述兩種方法中，銅元素均被還原 （填“氧化”還是“還原”）成銅單質(zhì)．
（2）可用FeCl₃溶液浸泡印刷電路板上的銅制備CuCl₂•2H₂O，實(shí)驗(yàn)室模擬回收過(guò)程如下：

①步驟3的目的是使溶液的pH升高到5，此時(shí)Fe³⁺濃度為 4×10^-11 mol/L[K_sp（Fe（OH）₃）=4×10^-38]，可選用的“試劑1”是CuO或Cu（OH）₂（寫出一種即可）．
②欲實(shí)現(xiàn)反應(yīng)Cu+H₂SO₄（aq）=CuSO₄+H₂↑，在你認(rèn)為能實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)化的裝置中的括號(hào)內(nèi)，標(biāo)出電極材料（填“Cu”或“C”）．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）銅與濃硝酸的反應(yīng)生成二氧化氮和硝酸銅；
（2）根據(jù)甲乙兩個(gè)裝置的不同點(diǎn)分析；
（3）對(duì)4個(gè)裝置逐一分析，并考慮實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該如何操作．對(duì)于裝置①應(yīng)將U形管向右偏轉(zhuǎn)，讓濃硝酸與螺旋狀鋼絲接觸，產(chǎn)生NO₂氣體后再扶正U形管，使銅絲與硝酸脫離接觸，反應(yīng)終止；對(duì)于裝置③應(yīng)該先關(guān)閉止水夾，產(chǎn)生的NO₂氣體進(jìn)入注射器后再打開止水夾，同時(shí)還應(yīng)該考慮到b試管中應(yīng)該盛裝的是氫氧化鈉溶液，才能與產(chǎn)生的NO₂氣體反應(yīng)；
（4）銅和稀硝酸 反應(yīng)生成硝酸銅、一氧化氮和水；觀察到試管內(nèi)生成的氣體先為淺紅棕色是因?yàn)樵嚬苤泻�有空氣，一氧化氮被氧氣氧化為紅棕色氣體二氧化氮；加入碳酸鹽會(huì)和硝酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w把試管中空氣趕凈，便于觀察生成的無(wú)色一氧化氮?dú)怏w；
Ⅱ、（1）元素化合價(jià)降低被還原，銅元素化合價(jià)降低為0價(jià)；
（2）①根據(jù)pH升高，溶液的酸性減弱，加入的物質(zhì)能與酸反應(yīng)，同時(shí)不能引入新雜質(zhì)；
②Cu和H₂SO₄之間的反應(yīng)是非自發(fā)的，需要電解池實(shí)現(xiàn)，根據(jù)電解池的構(gòu)成條件來(lái)回答．

解答 解：Ⅰ、（1）甲、乙、丙三個(gè)裝置中共同的一個(gè)反應(yīng)是濃硝酸與銅片反應(yīng)或是濃硝酸與銅絲反應(yīng)，即Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）甲、乙兩個(gè)裝置的差異在于：甲裝置銅與濃硝酸反應(yīng)使用的是銅片直接與濃硝酸反應(yīng)，而乙裝置則是可移動(dòng)的銅絲與濃硝酸反應(yīng)，其優(yōu)點(diǎn)為便于控制，需要時(shí)插入酸液就反應(yīng)，不需要時(shí)從酸液中移出即可；甲裝置沒有處理NO₂污染的裝置，而乙裝置用氫氧化鈉溶液吸收產(chǎn)生的NO₂，能防止空氣污染．
故答案為：①可以控制反應(yīng)；②吸收NO₂氣體，防止污染環(huán)境；
（3）對(duì)4個(gè)裝置逐一分析，并考慮實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該如何操作．對(duì)于裝置①應(yīng)將U形管向右偏轉(zhuǎn)，讓濃硝酸與螺旋狀鋼絲接觸，產(chǎn)生NO₂氣體后再扶正U形管，使銅絲與硝酸脫離接觸，反應(yīng)終止；對(duì)于裝置③應(yīng)該先關(guān)閉止水夾，產(chǎn)生的NO₂氣體進(jìn)入注射器后再打開止水夾，同時(shí)還應(yīng)該考慮到b試管中應(yīng)該盛裝的是氫氧化鈉溶液，才能與產(chǎn)生的NO₂氣體反應(yīng)，設(shè)計(jì)的裝置（如圖2）能達(dá)目的是①、③，
故答案為：①③；
（4）銅和稀硝酸 反應(yīng)生成硝酸銅、一氧化氮和水，反應(yīng)的離子方程式為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；觀察到試管內(nèi)生成的氣體先為淺紅棕色是因?yàn)樵嚬苤泻�有空氣，一氧化氮被氧氣氧化為紅棕色氣體二氧化氮，2NO+O₂=2NO₂；加入碳酸鹽會(huì)和硝酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w把試管中空氣趕凈，便于觀察生成的無(wú)色一氧化氮?dú)怏w；
故答案為：2NO+O₂=2NO₂；  碳酸鹽與硝酸的反應(yīng)速率快，生成的CO₂排走了試管內(nèi)的空氣；
Ⅱ、（1）火法煉銅：Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+SO₂，濕法煉銅：CuSO₄+Fe═FeSO₄+Cu，銅元素化合價(jià)從+1、+2價(jià)反應(yīng)后變化為0價(jià)，銅元素的化合價(jià)降低，Cu₂S、CuSO₄都為氧化劑，被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，
故答案為：還原；
（2）①pH升高，溶液的酸性減弱，加入的物質(zhì)能與酸反應(yīng)，同時(shí)不能引入新雜質(zhì)，可向溶液中加入CuO或Cu（OH）₂，故答案為：CuO或Cu（OH）₂；
②Cu和H₂SO₄之間的反應(yīng)是非自發(fā)的，需要電解池實(shí)現(xiàn)，金屬銅作陽(yáng)極，陰極是導(dǎo)體即可，電解質(zhì)為硫酸，即，故答案．

點(diǎn)評(píng) 本題把實(shí)驗(yàn)知識(shí)與濃硝酸的性質(zhì)、二氧化氮的性質(zhì)、噴泉實(shí)驗(yàn)的發(fā)生等結(jié)合一起，具有很強(qiáng)的綜合性，因而難度較大，需要細(xì)心審題，認(rèn)真分析，側(cè)重于考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力．