Question

【題目】同學們在實驗室里用不同的方法分別制取Cu(NO3)2，并在此基礎上探究Cu(NO3)2的化學性質。

(1)甲組同學直接用銅屑與稀硝酸反應制取Cu(NO3)2，反應的化學方程式是_____________。

(2)乙組同學查閱了硝酸銅晶體的溶解度曲線(右圖)，據此設計了以下實驗方案，先將銅粉在空氣中充分灼燒，再將灼燒后的物質與適量稀HNO3反應，欲從反應后的溶液中得到Cu(NO3)2晶體，依次進行的操作是：蒸發濃縮、____________、過濾、洗滌、干燥。乙組同學認為此方案優于甲組的方案，理由之一是__________________________。

(3)丙組同學用Cu(NO3)2晶體，探究其熱穩定性，實驗裝置如下所示。(夾持裝置和加熱儀器未畫出)

①充分加熱Cu(NO3)2晶體一段時間后，觀察到U形管中氣體變為紅棕色，紅棕色氣體是____________。

②集氣瓶最終被水充滿，無氣體剩余，則晶體分解的生成的氣體還有________。

③欲證明試管中殘留的黑色粉末是CuO[假設Cu(NO3)2晶體已全部分解]，實驗方案是 _________。

④由該實驗可得出的結論是___________________。

Answer 1

【答案】3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O 降溫結晶 硝酸利用率高，不會產生污染環境的 NO NO2 O2 取少量黑色粉末于試管中，向其中滴加足量稀硫酸，黑色粉末全部溶解，得到藍色溶液 Cu(NO3)2 晶體的熱穩定性較差

【解析】

(1)銅與稀硝酸反應產生Cu(NO3)2、NO、H2O，利用電子守恒、原子守恒，書寫方程式；

(2)根據Cu(NO3)2的溶解度受溫度的影響變化較大，用結晶方法獲得晶體；根據是否會造成污染及原料利用率分析判斷方案的優劣；

(3)①根據NO是無色氣體，NO2是紅棕色氣體，可確定Cu(NO3)2分解產生了NO2氣體；

②利用元素化合價升降總數等于反應過程中電子轉移數目及最后無氣體剩余判斷另外一種氣體的成分；

③CuO是堿性氧化物，能溶于稀硫酸產生硫酸銅藍色溶液；

④加熱后得到紅棕色和黑色固體，說明加熱后硝酸銅分解。

(1)銅與稀硝酸反應產生Cu(NO3)2、NO、H2O，該反應是氧化還原反應，根據電子守恒、原子守恒，可得該反應的方程式：3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O；

(2)根據Cu(NO3)2的溶解度曲線可知：溫度升高，硝酸鉀溶解度大，溫度低，硝酸鉀溶解度小，溶解度受溫度的影響變化較大，可采用將溶液蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥。甲組方案中一部分硝酸變為大氣污染物NO，不僅會污染環境，而且會導致硝酸的利用率降低，而乙組同學先使Cu與空氣中氧氣反應轉化為CuO，然后與硝酸發生復分解反應產生硝酸銅，硝酸全部轉化為目標產物，不會產生尾氣，因此此方案優于甲組的方案；

(3)①NO是無色氣體、二氧化氮是紅棕色氣體，則得到的紅棕色氣體是NO2；

②Cu(NO3)2受熱分解產生了NO2，N元素化合價由反應前Cu(NO3)2的+5價變為反應后NO2的+4價，化合價降低，獲得電子，Cu元素在氧化性環境中不可能變為Cu單質，則根據氧化還原反應的規律，必然有另一種元素化合價升高，根據鹽的組成可知只能是Cu(NO3)2中-2價的O變為單質O2，由于最后氣體無剩余，說明n(NO2)：n(O2)=4：1，故晶體分解的生成的氣體還有O2，反應的方程式為2Cu(NO3)22CuO+4NO2↑+O2↑；

③CuO是堿性氧化物，能溶于稀硫酸生成藍色的硫酸銅溶液，取少量黑色粉末于試管中，向其中滴加足量稀硫酸，若看到黑色固體粉末全部溶解，得到藍色溶液，就證明固體為CuO；

④加熱后得到紅棕色和黑色固體，說明加熱后硝酸銅分解，由此得出Cu(NO3)2晶體的熱穩定性較差。