Question

20．某化學探究小組擬用銅片制取Cu（NO₃）₂，并探究其化學性質．
（一）他們先把銅粉放在空氣中灼燒，在與稀HNO₃反應制取硝酸銅．
（1）如果直接用銅屑與HNO₃反應來制取硝酸銅，可能導致的兩個不利因素是生成等物質的量的硝酸銅，消耗硝酸原料多、且產生污染物氮氧化物．
（2）實驗中銅粉應該放在坩堝（填“蒸發(fā)皿”、“坩堝”或“燒杯”）中灼燒．欲從反應后的溶液中得到硝酸銅晶體，實驗操作步驟按順序分別蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾．
（二）為了探究Cu（NO₃）₂熱穩(wěn)定性，探究小組用下圖中的裝置進行實驗．（圖中鐵架臺、鐵夾和加熱設備均略去）
往左試管中放入研細的無水Cu（NO₃）₂晶體并加熱，觀察到左試管中有紅棕色氣體生成，最終殘留黑色粉末；用U型管除去紅棕色氣體，在右試管中收集到無色氣體．
（1）紅棕色氣體是NO₂．
（2）當導管口不再有氣泡冒出時，停止反應，這時在操作上應注意先把導氣管移出水面，然后熄滅火焰．
（3）探究小組判斷Cu（NO₃）₂的分解屬于氧化還原反應，產物除了紅棕色氣體和黑色固體外，進一步分析、推斷，分解產物中一定還含有O₂ ，寫出該反應的化學方程式2Cu（NO₃）₂═2CuO+4NO₂↑+0₂↑．
（三）為了探究Cu（NO₃）₂在酸性條件下跟鐵單質的反應．他們取一支試管，加入Cu（NO₃）₂溶液，滴入適量稀硫酸酸化，再加入一定量鐵粉，實驗后沒有固體殘留物質．
（1）反應中最先起氧化作用的是HNO₃；
（2）該探究小組對反應后溶液中鐵元素的價態(tài)進行探究，他們設計了實驗方案，并進行實驗．請在答題卡上按下表格式補充寫出實驗操作步驟、預期現(xiàn)象與結論．

實驗操作步驟	預期現(xiàn)象與結論
步驟1：觀察樣品	溶液呈藍綠色，不能（填“能”或“不能”確定產物中鐵元素的價態(tài)．
步驟2：取少量溶液，滴加酸性KMn4溶液	若KMnO4溶液的紫紅色褪去或變淺，則說明產物中含+2價鐵元素，若KMnO4溶液不褪色或不變淺，則說明產物中不含+2價鐵元素
步驟3：另取少量溶液，滴加KSCN溶液	若溶液變?yōu)檠�紅色，說明產物中含+3價的鐵元素；若溶液顏色無明顯變化，則說明產物中不含+3價的鐵元素．

Answer 1

分析 （一）（1）比較方案的優(yōu)劣，一般從三個方面考慮：一是原料是否簡單易得，二是操作是否簡單，三是否環(huán)保；寫出反應的化學方程式，然后根據(jù)反應原理進行判斷兩個方案的特點；
（2）灼燒固體用坩堝，硝酸銅溶液中，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；
（二）（1）根據(jù)質量守恒分析該紅棕色氣體的組成，然后寫出其名稱；
（2）注意防止發(fā)生倒吸；
（3）根據(jù)氧化還原反應中化合價變化判斷硝酸銅的分解產物；
（三）（1）先與氧化性強的反應；
（2）步驟1：Fe²⁺的溶液為淺綠色，F(xiàn)e³⁺溶液為棕黃色，而該溶液呈藍綠色，據(jù)此進行判斷；
步驟2：酸性KMnO4溶液具有氧化性，能夠氧化Fe²⁺，因此若KMnO₄溶液的紫紅色褪去或變淺說明產物中含+2價的鐵元素，否則不含；
步驟3：根據(jù)“預期現(xiàn)象與結論”可知該操作是為檢驗溶液中是否含有+3價的鐵元素，據(jù)此可知選用的試劑是KSCN溶液．

解答 解：（一） （1）生成等物質的量的硝酸銅，假如為1mol，先把銅粉放在空氣中灼燒，在與稀HNO₃反應制取硝酸銅中消耗2mol硝酸，而3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，中消耗$\frac{8}{3}$mol硝酸，顯然消耗的硝酸原料多，并且產生污染氣體NO，
故答案為：成等物質的量的硝酸銅，消耗硝酸原料多；且產生污染物氮氧化物；
（2）灼燒固體銅粉用坩堝，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，然后過濾的操作方法完成，
故答案為：坩堝；蒸發(fā)濃縮；冷卻結晶；
（二） （1）中學常見的紅棕色氣體有NO₂、Br₂蒸氣，該反應中生成的紅棕色氣體只能為NO₂，
故答案為：NO₂ ；
（2）防止發(fā)生倒吸，應先把導氣管移出水面，然后熄滅火焰，故答案為：先把導氣管移出水面，然后熄滅火焰；
（3）探究小組判斷Cu（NO₃）₂的分解屬于氧化還原反應，產物中紅棕色氣體為NO₂，黑色固體為CuO，根據(jù)化合價變化，硝酸銅中N元素從+5價變?yōu)?4價的NO₂，化合價降低被還原，則一定存在化合價升高的元素，該元素只能為O元素，反應中O元素被氧化成氧氣，所以分解產物中一定還含有O₂，反應的化學方程式：2Cu（NO₃）₂═2CuO+4NO₂↑+0₂↑，
故答案為：O₂ ；2Cu（NO₃）₂═2CuO+4NO₂↑+0₂↑；
（三） （1）硝酸的氧化性比銅離子強，先與氧化性強的反應，故答案為：HNO₃；
（2）步驟1：Fe²⁺在溶液中為淺綠色，F(xiàn)e³⁺在溶液中為棕黃色，而該溶液呈藍綠色，因此不能確定產物中鐵元素的價態(tài)；
步驟2：酸性KMnO₄溶液具有氧化性，能夠氧化亞鐵離子，若KMnO₄溶液的紫紅色褪去或變淺說明產物中含+2價的鐵元素；
步驟3：為檢驗溶液中是否含有+3價的鐵元素，現(xiàn)象為溶液變?yōu)榧t色，因此用的試劑是KSCN溶液，
故答案為：不能；若KMnO₄溶液的紫紅色褪去或變淺，則說明產物中含+2價鐵元素，若KMnO₄溶液不褪色或不變淺，則說明產物中不含+2價鐵元素；另取少量溶液，滴加KSCN溶液．

點評 本題考查物質的制備，為高考常見題型和高頻考點，側重于學生的分析能力、實驗能力的考查，注意把握題給信息，結合物質的性質設計實驗步驟，題目難度不大．