Question

12．硝酸銅是制備Cu-Zn-Al系催化劑的重要原料，某興趣小組對它開展了以下研究．
（1）硝酸銅的制備研究
該小組同學查閱資料發(fā)現(xiàn)有三種設計方案可供選用：
①Cu與稀硝酸反應制�。�3Cu+8HNO₃═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
②Cu與濃硝酸反應制�。篊u+4HNO₃═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O
③通氧氣于銅屑與稀硝酸的體系中制�。�2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O
甲同學認為三種方案的反應都可以在鐵制容器中進行，乙同學認為不可行（填“可行”“不
可行”），理由是（用一個化學方程式表示）Fe+Cu（NO₃）₂═Cu+Fe（NO₃）₂．從環(huán)境保護和經(jīng)濟效益角度考慮，制取大量的硝酸銅最宜采用以上方法③，理由是①②產(chǎn)生污染空氣的有害氣體，③中反應過程沒有有毒氣體生成，不污染環(huán)境，硝酸利用率高．
（2）硝酸銅的性質(zhì)研究
硝酸銅為藍色固體，溶于水可得藍色溶液．該小組同學用如圖裝置加熱硝酸銅，發(fā)現(xiàn)固體由藍色逐漸變黑，同時產(chǎn)生紅棕色有刺激性氣味的氣體，帶火星的木條復燃．
【提出問題】硝酸銅在加熱條件下到底發(fā)生了怎樣的反應？
【查閱資料】
①氧化銅和稀硫酸反應的化學方程式：CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O
②含氮化合物中，只有NO₂是紅棕色、有刺激性氣味的氣體．
③NO₂有助燃性，能使帶火星的木條復燃
【猜想假設】
Cu（NO₃）₂受熱分解除了生成NO₂，還可能生成了CuO和O₂．
【進行實驗】

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結論
步驟I：將反應后試管中的固體加水充分溶解，過 濾，向濾渣中加入足量稀硫酸，加熱	固體全部溶解，得到藍色溶液	硝酸銅分解生成了氧化銅．
步驟II：在如圖的試管和集氣瓶之間連上此圖所示的裝置，重新進行加熱硝酸銅的實驗	集氣瓶中氣體為無色，帶火星的木條復燃 帶火星的木條復燃	硝酸銅分解生成了氧氣

步驟II是同學們查閱了新的資料后設計完成的．該資料是關于NO₂的沸點（或低溫下NO₂能否反應生成液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)）方面的性質(zhì)信息．
【獲得結論】根據(jù)實驗結果，Cu（NO₃）₂受熱分解的化學方程式為2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
該小組同學取10g的硝酸銅加熱一段時間后，測得剩余固體的質(zhì)量為4.6g，則硝酸銅的分解率為9.2%？（分解率為已分解的硝酸銅占原硝酸銅的質(zhì)量分數(shù)，寫出計算過程）
【反思與評價】
已知相同狀況下，氣體的體積比等于其分子個數(shù)比．據(jù)此，同學們認為，即使沒有資料③，依據(jù)實驗結論和“加熱硝酸銅產(chǎn)生的氣體能使帶火星的木條復燃”的實驗現(xiàn)象，也能推出NO₂可能具有助燃性．理由是硝酸銅分解生成的氣體中NO₂與O₂的體積比為4：1，O₂所占的體積分數(shù)與空氣中O₂的體積分數(shù)相同，分解生成氣體能使帶火星木條復燃而空氣不能，說明NO₂有助燃性．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)金屬活動性順序，鐵比銅活潑解答；根據(jù)反應方程式判斷是否有污染環(huán)境的物質(zhì)生成解答．
（2）【猜想假設】根據(jù)質(zhì)量守恒定律和資料推測Cu（NO₃）₂受熱分解除了生成NO₂；
【進行實驗】因為氧化銅難溶于水，可以通過溶解，過濾，洗滌的方式與可溶性物質(zhì)進行分離．而后加熱稀硫酸，稀硫酸與氧化銅反應生成硫酸銅，得到藍色溶液；NO₂氣體易液化，通過含冰制冷劑能將其液化；從而與其他氣體分離，剩余的氣體仍可以使帶火星木條復燃，說明Cu（NO₃）₂受熱分解還生成了氧氣；
【獲得結論】根據(jù)實驗結果，Cu（NO₃）₂受熱分解生成CuO、NO₂、O₂，故可書寫化學方程式；
【反思與評價】通過化學反應，硝酸銅分解生成的氣體中NO₂與O₂的體積比為4：1，O₂所占的體積分數(shù)與空氣中O₂的體積分數(shù)相同，分解生成氣體能使帶火星木條復燃而空氣不能，說明NO₂有助燃性．

解答 解：
（1）根據(jù)金屬活動性順序，鐵比銅活潑，三種方案的反應不能可以在鐵制容器中進行，因為：Fe+Cu（NO ₃ ）₂═Cu+Fe（NO₃）₂；
從環(huán)境保護和經(jīng)濟效益角度考慮，制取大量的硝酸銅最宜采用以上方法③；理由是方案①②產(chǎn)生污染空氣的有害氣體；③中反應過程沒有有毒氣體生成，不污染環(huán)境，硝酸利用率高；
（2）【猜想假設】根據(jù)“加熱硝酸銅，發(fā)現(xiàn)固體由藍色逐漸變黑，同時產(chǎn)生紅棕色有刺激性氣味的氣體，帶火星的木條復燃”、“②含氮化合物中，只有NO₂是紅棕色、有刺激性氣味的氣體．③NO₂有助燃性，能使帶火星的木條復燃”和質(zhì)量守恒定律，推測Cu（NO₃）₂受熱分解除了生成NO₂；
【進行實驗】因為氧化銅難溶于水，可以通過溶解，過濾，洗滌的方式與可溶性物質(zhì)進行分離．而后加熱稀硫酸，稀硫酸與氧化銅反應生成硫酸銅，得到藍色溶液，其化學方程式為CuO+H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O；步驟II：在如圖的試管和集氣瓶之間連上此圖所示的裝置，重新進行加熱硝酸銅的實驗，集氣瓶中氣體為無色，帶火星的木條復燃，硝酸銅分解生成了氧氣；
步驟II是同學們查閱了新的資料后設計完成的．該資料是關于NO₂的沸點（或低溫下NO₂能否反應生成液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)）；
【獲得結論】根據(jù)實驗結果，Cu（NO₃）₂受熱分解生成CuO、NO₂、O₂，故可書寫化學方程式2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
設反應的硝酸銅的質(zhì)量為x
2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑　固體減重
376　　　　　　  160　　　　　　　　216
X　　　　　　　　　　　　　　        10g-4.6g=5.4g
$\frac{376}{X}=\frac{216}{5.4g}$
 X=9.2g   　　　　
則硝酸銅的分解率為：$\frac{9.2g}{10g}×$100%=92%
【反思與評價】通過化學反應，硝酸銅分解生成的氣體中NO₂與O₂的體積比為4：1，O₂所占的體積分數(shù)與空氣中O₂的體積分數(shù)相同，分解生成氣體能使帶火星木條復燃而空氣不能，說明NO₂有助燃性；
故答案為：
（1）不可行；Fe+Cu（NO ₃ ）₂═Cu+Fe（NO₃）₂；    方案①②產(chǎn)生污染空氣的有害氣體；③中反應過程沒有有毒氣體生成，不污染環(huán)境，硝酸利用率高；
（2）【猜想假設】NO₂；
【進行實驗】】

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結論
步驟I：將反應后試管中的固體加水充分溶解，過 濾，向濾渣中加入足量稀硫酸，加熱	固體全部溶解，得到藍色溶液	硝酸銅分解生成了氧化銅．
步驟II：在如圖的試管和集氣瓶之間連上此圖所示的裝置，重新進行加熱硝酸銅的實驗	集氣瓶中氣體為無色，帶火星的木條復燃 帶火星的木條復燃	硝酸銅分解生成了氧氣

NO₂的沸點（或低溫下NO₂能否反應生成液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)）；
【獲得結論】2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；9.2%；
【分析及反思】硝酸銅分解生成的氣體中NO₂與O₂的體積比為4：1，O₂所占的體積分數(shù)與空氣中O₂的體積分數(shù)相同，分解生成氣體能使帶火星木條復燃而空氣不能，說明NO₂有助燃性．

點評 本題考查了化學方程式的書寫，又考查了同學們實驗方案的設計，難度較大，注意根據(jù)實驗目的設計實驗方案．