Question

以銅、硝酸、硝酸銀、水、空氣等為原料，可用多種方法制取Cu(NO₃)₂。

    (1)試設計四種制取Cu(NO₃)₂的途徑(用化學方程式表示)。

    (2)從“綠色化學”角度(環(huán)境保護和經(jīng)濟效益)考慮，大量制取Cu(NO₃)₂最宜采用上述哪種方法?說明原因。

Answer 1

解析：這是一道開放型的實驗設計題目，答案是多樣化的。從給出的原料和目標產(chǎn)物Cu(NO₃)₂來看，基本的思路如下：

    ①直接用Cu跟HNO₃反應，則有：

    Cu+4HNO₃(濃)====Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O

    3Cu+8 HNO₃(稀)====3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

    ②利用Cu+2AgNO₃====Cu(NO₃)₂+2Ag

    ③2Cu+O₂====2CuO，CuO+2HNO₃====Cu(NO₃)₂+H₂O

    至此，問題(1)完成。

    問題(2)實際上是要求從環(huán)境保護和經(jīng)濟效益兩個角度對上述四種制取Cu(NO₃)₂的方法進行評價。很顯然，用Cu和HNO₃直接反應的方法既污染環(huán)境(生成NO或NO₂)，又浪費原料(HNO₃的理論利用率分別只有50％和75％)，故不符合要求。用Cu和AgNO₃，反應方法雖然簡單，但是成本太高(AgNO₃是一種昂貴的試劑)，也不符合題目要求。只有最后一種方法既不造成污染(兩種基本原料為Cu和HNO₃)，又不會有損失，符合“綠色化學”的設計思想。

答案：(1)方法一：Cu+4HNO₃(濃)====Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O

    方法二：3Cu+8 HNO₃(稀)====3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

    方法三：Cu+2AgNO₃====Cu(NO₃)₂+2Ag

    方法四：2Cu+O₂====2CuO，CuO+2HNO₃====Cu(NO₃)₂+H₂O

    (2)大量制取Cu(NO₃)₂應該采用方法四，其原因是方法一和方法二會產(chǎn)生大量污染性氣體NO或NO₂，且HNO₃的利用率達不到100％；方法三中AgNO₃價格很高，使生產(chǎn)成本昂貴；方法四中從理論上分析，不會造成明顯的環(huán)境污染，而且Cu和HNO₃的利用率均可達100％。