Question

硝酸是一種強(qiáng)氧化性、腐蝕性的強(qiáng)酸，其還原產(chǎn)物因硝酸濃度的不同而有變化，從總體上說(shuō)，硝酸濃度越高，平均每分子硝酸得到的電子數(shù)越少，濃硝酸的還原產(chǎn)物主要為NO₂，稀硝酸的還原產(chǎn)物主要為NO．實(shí)驗(yàn)室中，常用Cu與濃HNO₃反應(yīng)制取NO₂，用Cu與稀HNO₃反應(yīng)制取NO．
（1）請(qǐng)寫出實(shí)驗(yàn)室中用Cu與濃HNO₃反應(yīng)制取NO₂的化學(xué)方程式：

 

．
（2）該反應(yīng)中發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是

 

，1mol氧化劑

 

（填“得到”或“失去”）

 

 mol電子．
（3）48.0gCu與適量的濃HNO₃反應(yīng)，銅全部作用后，共收集到22.4L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），反應(yīng)中消耗HNO₃的物質(zhì)的量可能是

 

．
A．1.5mol       B．2.0mol       C．2.5mol        D．3.0mol
（4）實(shí)際上硝酸不僅可被還原為NO₂或NO，濃度更稀時(shí)硝酸還可以被還原為N₂O、N₂、NH₄NO₃等．請(qǐng)將3種物質(zhì)：FeSO₄、Fe（NO₃）₃和Fe₂（SO₄）₃分別填入對(duì)應(yīng)的橫線上，組成一個(gè)未配平的化學(xué)方程式．
HNO₃+

 

 

+N₂O↑+H₂O，
寫出配平后的離子方程式為

 

．
（5）硝酸的還原產(chǎn)物NO、NO₂、N₂O等對(duì)環(huán)境均有副作用，為了可持續(xù)發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)提出的一個(gè)新概念--“綠色化學(xué)”，它要求從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和技術(shù)上設(shè)計(jì)可行的化學(xué)反應(yīng)，則下列由單質(zhì)銅制取硝酸銅的方法可行且符合“綠色化學(xué)”的是

 

A．Cu

HNO3

Cu（NO₃）₂
B．Cu

O2

CuO

HNO3

Cu（NO₃）₂
C．Cu 

O2

CuO

H2O

Cu（OH）₂

HNO3

Cu（NO₃）₂   
D．Cu

H2SO4

CuSO₄

Ba(NO3)2

Cu（NO₃）₂．

Answer 1

考點(diǎn)：硝酸的化學(xué)性質(zhì),氧化還原反應(yīng),氧化還原反應(yīng)方程式的配平,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：元素及其化合物

分析：（1）銅與濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮與水；
（2）所含元素化合價(jià)升高的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)；氧化劑獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)合N元素化合價(jià)變化計(jì)算轉(zhuǎn)移電子；
（3）銅和硝酸反應(yīng)，隨著濃度的減少，硝酸的還原產(chǎn)物的價(jià)態(tài)越低，銅和濃硝酸反應(yīng)生成NO₂，而與稀硝酸反應(yīng)時(shí)則生成NO，故生成的氣體可能只有NO₂或NO₂和NO混合物，由于每個(gè)氣體分子都含有1個(gè)N原子，故氣體的物質(zhì)的量等于被還原的硝酸的物質(zhì)的量，根據(jù)生成硝酸銅的物質(zhì)的量可知表現(xiàn)酸性的硝酸的物質(zhì)的量，這兩部分硝酸的質(zhì)量即為消耗的硝酸的質(zhì)量；
（4）所給的物質(zhì)組合中，HNO₃中氮元素化合價(jià)位于最高價(jià)，具有氧化性，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物為NO₂，能將還原性的FeSO₄氧化為Fe₂（SO₄）₃，根據(jù)氫原子守恒，水在生成物中，配平完成方程式；
元素處于最高價(jià)只有氧化性，元素居于低價(jià)有還原性，根據(jù)所給物質(zhì)的化合價(jià)情況及電子轉(zhuǎn)移守恒、原子守恒來(lái)分析解答；
（5）制備硝酸銅，要符合綠色化學(xué)的要求方案，應(yīng)杜絕生成污染性氣體，且實(shí)驗(yàn)步驟少，消耗原料較少，以此解答該題．

解答： 解：（1）銅與濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮與水，反應(yīng)方程式為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
（2）反應(yīng)中Cu元素化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，硝酸是氧化劑，獲得電子，其化合價(jià)由+5降低為+4，故1mol硝酸完全其氧化劑作用，轉(zhuǎn)移電子為1mol，
故答案為：Cu；得到；1；
（3）銅和硝酸反應(yīng)，隨著濃度的減少，硝酸的還原產(chǎn)物的價(jià)態(tài)越低，銅和濃硝酸反應(yīng)生成NO₂，而與稀硝酸反應(yīng)時(shí)則生成NO，故生成的氣體可能只有NO₂或NO₂和NO混合物，由于每個(gè)氣體分子都含有1個(gè)N原子，故氣體的物質(zhì)的量等于被還原的硝酸的物質(zhì)的量，
n（氣體）=

22.4L

22.4L/mol

=1mol，即被還原的硝酸的物質(zhì)的量為1mol，
n（Cu）=

48g

64g/mol

=0.75mol，則生成n[Cu（NO₃）₂]=0.75mol，可知表現(xiàn)酸性的硝酸的物質(zhì)的量為0.75mol×2=1.5mol，
則參加反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量為：1.0mol+1.5mol=2.5mol，
故答案為：C；
（4）所給的物質(zhì)組合中，HNO₃中氮元素化合價(jià)位于最高價(jià)，具有氧化性，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物為NO₂，能將還原性的FeSO₄氧化為Fe₂（SO₄）₃，根據(jù)氫原子守恒，水在生成物中，配平后發(fā)生的反應(yīng)為：30HNO₃+24FeSO₄=8Fe（NO₃）₃+8Fe₂（SO₄）₃+3N₂O+15H₂O，
故答案為：FeSO₄；→Fe（NO₃）₃+Fe₂（SO₄）₃；8Fe²⁺+2NO₃^-+10H⁺=8Fe³⁺+N₂O↑+5H₂O；
（5）A．會(huì)生成氮的氧化物，不符合綠色化學(xué)的要求；
B．生成氧化銅與硝酸反應(yīng)生成硝酸銅和水，綠色環(huán)保，符合綠色化學(xué)的要求；
C．CuO不能與水反應(yīng)生成氫氧化銅，方案不可能，
D．會(huì)生成二氧化硫，不符合綠色化學(xué)的要求；
故選B．

點(diǎn)評(píng)：本題考查氧化還原反應(yīng)基本概念、計(jì)算與配平以及對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)等，綜合考查學(xué)生分析解決問(wèn)題能力，（3）中注意根據(jù)守恒思想進(jìn)行計(jì)算，難度中等．