Question

4．Cu（NO₃）₂是重要的化工原料．回答下列工業(yè)生產(chǎn)和化學(xué)實驗中的幾個問題．
（1）實驗室欲制備0.3mol Cu （NO₃）₂晶體，甲、乙兩同學(xué)分別設(shè)計實驗方案如下：
甲：Cu $\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$  Cu（NO₃）₂乙：Cu$\stackrel{O_{2}}{→}$CuO$\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$  Cu（NO₃）₂
①綠色化學(xué)的角度分析，乙同學(xué)的方案更合理，此同學(xué)可節(jié)約2mol/L的稀硝酸100mL；
②甲方案的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
③乙同學(xué)實驗時通入O₂的速率不宜過大，為便于觀察和控制產(chǎn)生O₂的速率，宜選擇方案B（填字母序號）．

④B裝置如何檢查氣密性

（2）某校化學(xué)興趣小組的同學(xué)對硝酸銅的受熱分解進(jìn)行探究．他們設(shè)計了如圖2裝置加熱Cu（NO₃）₂固體（加熱及夾持裝置未畫出）．加熱過程發(fā)現(xiàn)：裝置①中的固體逐漸變?yōu)楹谏�；裝置②中有氣泡產(chǎn)生，但在上升的過程中消失；石蕊試液逐漸變?yōu)榧t色，液體幾乎不被壓至裝置③中．請寫出Cu（NO₃）₂受熱分解的化學(xué)方程式：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$CuO+4NO₂↑+O₂↑；
（3）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料電池，其原理見圖3．該電池在使用過程中石墨I(xiàn)電極上生成氧化物Y，其電極反應(yīng)式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

Answer 1

分析 （1）①評價實驗方案要從反應(yīng)的可操作性，生成物的性質(zhì)，環(huán)保節(jié)能等方面分析，甲同學(xué)用Cu $\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$ Cu（NO₃）的方法，制備0.3mol Cu （NO₃）₂晶體，消耗硝酸0.8mol，乙同學(xué)用Cu$\stackrel{O_{2}}{→}$CuO$\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$  Cu（NO₃）₂
的方法，制備0.3mol Cu （NO₃）₂晶體，消耗硝酸0.3mol，據(jù)此計算；
②銅溶解于稀硝酸生成硝酸銅、NO和水，結(jié)合電子守恒、電荷守恒及原子守恒寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式；
③實驗時通入O₂的速率不宜過大，為便于觀察和控制產(chǎn)生O₂的速率，分析裝置可知，利用分液漏斗控制加入過氧化氫的量能達(dá)到要求；
④檢查裝置B氣密性時，可借助于氣體壓強(qiáng)形成的水柱的變化來判斷，并假設(shè)錐形瓶出氣管上有彈簧夾或活塞K₁；
（2）裝置②中也有氣泡產(chǎn)生，但在上升的過程中消失，說明生成物有二氧化氮和氧氣，裝置①中的固體逐漸變?yōu)楹谏�，說明生成物有氧化銅，請然后根據(jù)質(zhì)量守恒配平；
（3）該原電池中通入二氧化氮的電極是負(fù)極、通入氧氣的電極是正極，所以I是負(fù)極、II是正極，負(fù)極上生成氧化物，應(yīng)該是二氧化氮失電子和硝酸根離子反應(yīng)生成五氧化二氮．

解答 解：（1）①評價實驗方案要從反應(yīng)的可操作性，生成物的性質(zhì)，環(huán)保節(jié)能等方面分析，甲同學(xué)用Cu $\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$ Cu（NO₃）的方法，制備0.3mol Cu （NO₃）₂晶體，消耗硝酸0.8mol，乙同學(xué)用Cu$\stackrel{O_{2}}{→}$CuO$\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$  Cu（NO₃）₂
的方法，制備0.3mol Cu （NO₃）₂晶體，消耗硝酸0.6mol，所以乙同學(xué)節(jié)約2mol/L的稀硝酸的體積為$\frac{0.8-0.6}{2}$L=100mL，
故答案為：乙；100；
②Cu溶解于稀硝酸發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
③實驗時通入O₂的速率不宜過大，為便于觀察和控制產(chǎn)生O₂的速率，分析裝置可知，利用分液漏斗控制加入過氧化氫的量能達(dá)到要求，裝置B中生成的氧氣通過濃硫酸可以干燥氧氣，同時觀察氣體氣泡冒出的速率控制生成氧氣的速率，所以選擇B裝置；
故答案為：B；
④可通過關(guān)閉K₁，打開分液漏斗的活塞，注入水，觀察漏斗內(nèi)水柱下降后在一定高度保持不變，說明B裝置氣密性良好，故答案為：關(guān)閉K₁，打開分液漏斗的活塞，注入水，觀察漏斗內(nèi)水柱下降后在一定高度保持不變，說明氣密性良好；

（2）加熱的是Cu（NO₃）₂．加熱過程發(fā)現(xiàn)：裝置②中也有氣泡產(chǎn)生，但在上升的過程中消失，石蕊試液逐漸變?yōu)榧t色，液體幾乎不被壓至裝置③中，說明二氧化氮、氧氣恰好與水反應(yīng)生成硝酸，裝置①中的固體逐漸變?yōu)楹谏�，說明生成氧化銅，則方程式為：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$CuO+4NO₂↑+O₂↑，
故答案為：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$CuO+4NO₂↑+O₂↑；
（3）該原電池中通入二氧化氮的電極是負(fù)極、通入氧氣的電極是正極，所以I是負(fù)極、II是正極，負(fù)極上生成氧化物，應(yīng)該是二氧化氮失電子和硝酸根離子反應(yīng)生成五氧化二氮，電極反應(yīng)式為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅，
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．

點評 本題考查了物質(zhì)成分探究實驗和電化學(xué)的相關(guān)知識，題目涉及的知識點比較多，分析一個反應(yīng)的可行性要從多方面分析，如從反應(yīng)的可行性，環(huán)保安全，操作簡便，經(jīng)濟(jì)節(jié)能方面考慮，本題難度較大．