Question

20．某化學探究小組擬用廢銅屑制取Cu（NO₃）₂并探究其化學性質．
I、如圖所示，用濃HNO₃和過量的廢銅屑充分反應制硝酸銅溶液．
（1）寫出銅與濃硝酸反應的離子方程式Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O．
（2）①裝置中NaOH溶液的作用是吸收氮氧化物，防止污染空氣．
②欲從反應后的溶液中得到硝酸銅晶體，實驗操作步驟依次是：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、烘干．
③你認為此裝置是否合理，并說明原因不合理，密閉體系中立即產(chǎn)生大量氣體，會有安全隱患；或者合理，慢慢擠壓，膠頭滴管控制反應速率，使NaOH溶液及時吸收NO₂．
Ⅱ、為了探究Cu（NO₃）₂熱穩(wěn)定性，探究小組按下圖裝置進行實驗．（圖中鐵架臺、鐵夾和加熱儀器均略去）

（3）往試管中放入研細的無水Cu（NO₃）₂晶體并加熱，觀察到試管中有紅棕色氣體生成，最終殘留黑色粉末；在集氣瓶中收集到無色氣體．由此判斷Cu（NO₃）₂受熱分解的化學方程式為2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
Ⅲ、利用Cu（NO₃）₂制備淺綠色的堿式碳酸銅[CuCO₃•Cu（OH）₂]．
向大試管中加入一定量的碳酸鈉溶液和硝酸銅溶液，水浴加熱，用0.4mol/L的NaOH溶液調節(jié)pH至8.5，振蕩、靜置、過濾、洗滌、干燥，得到樣品．下表是化學探究小組的實驗記錄，據(jù)此回答相關問題：

實驗序號	1	2	3	4
溫度/℃	35	50	70	95
樣品顏色	深藍色	深藍色	淺綠色	暗藍色

（4）95℃時，制得的樣品顏色發(fā)暗的可能原因是：含有黑色的氧化銅．
（5）70℃時，實驗得到3.82g樣品，取此樣品加熱至分解完全（雜質不反應），得到3.20g固體，此樣品中堿式碳酸銅的質量分數(shù)是58.1%．

Answer 1

分析 I、（1）銅與濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮與水；
（2）①反應生成的氮的氧化物是大氣污染氣體，被氫氧化鈉溶液吸收，防止污染；
②銅離子存在水解平衡，所以不能直接加熱蒸發(fā)獲得硫酸銅晶體，一般采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶的方法，晶體表面附著的雜質離子，需要洗滌除去；
③該裝置為密閉體系，在該體系中若立即產(chǎn)生大量氣體，會有安全隱患，如果慢慢產(chǎn)生氣體，則不會產(chǎn)生安全隱患；
Ⅱ、（3）紅棕色氣體為NO₂，最終殘留黑色粉末為CuO，Cu（NO₃）₂受熱分解生成氧化銅、二氧化氮和氧氣；
Ⅲ、（4）95℃時，制得的樣品顏色發(fā)暗的可能原因是含有黑色的氧化銅；
（5）堿式碳酸銅完全分解得到CuO，設樣品中堿式碳酸銅的質量分數(shù)為x，依據(jù)堿式碳酸銅的方程式，利用“差量法”計算得到所求量．

解答 解：Ⅰ、（1）銅與濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮與水，反應離子方程式為：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）①反應生成的氮的氧化物是大氣污染氣體，被氫氧化鈉溶液吸收，防止污染，所以裝置中NaOH的作用是吸收氮氧化物，
故答案為：吸收氮氧化物，防止污染空氣；
②由于銅離子在溶液中存在水解平衡，所以從硝酸銅溶液中獲得硝酸銅晶體，不能直接蒸發(fā)結晶，需要通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，然后過濾洗滌的操作方法完成，
故答案為：冷卻結晶；洗滌；
③該裝置為密閉體系，在該體系中若立即產(chǎn)生大量氣體，壓強驟然增大，會有安全隱患，所以不合理，但如果慢慢擠壓，膠頭滴管控制反應速率，使NaOH溶液及時吸收NO₂，該裝置是合理，
故答案為：不合理，密閉體系中立即產(chǎn)生大量氣體，會有安全隱患；或者合理，慢慢擠壓，膠頭滴管控制反應速率，使NaOH溶液及時吸收NO₂；
II、（3）紅棕色氣體為NO₂，最終殘留黑色粉末為CuO，Cu（NO₃）₂受熱分解生成氧化銅、二氧化氮和氧氣，方程式為Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑，
故答案為：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
III、（4）CuCO₃分解生成氧化銅，Cu（OH）₂分解生成氧化銅，溫度較高時，95℃時，制得的樣品顏色發(fā)暗的可能原因是：含有分解生成的黑色的氧化銅，
故答案為：含有黑色的氧化銅； 
（5）堿式碳酸銅完全分解得到CuO，設樣品中堿式碳酸銅的質量分數(shù)為x，依據(jù)堿式碳酸銅的方程式，Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+CO₂↑+H₂O；利用“差量法”計算可得：222：62=3.82x：（3.82-3.20），解得x=0.581=58.1%；
故答案為：58.1%．

點評 本題考查了制備實驗方案的設計與評價、物質性質實驗方案的設計，題目難度中等，注意掌握常見元素單質及其化合物性質，明確物質性質實驗方案的設計與評價方法，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識解決實際問題的能力．