Question

13．工业上以铜屑、浓硝酸、水为主要原料生产硝酸铜，试运用所学的化学知识，设计出三种不同的制取硝酸铜的生产路线．
（1）第一种方案是铜与氧气反应制得氧化铜，氧化铜与浓硝酸反应制得硝酸铜化学方程式是2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O
（2）第二种方案是铜与浓硝酸制取硝酸铜化学方程式是Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O
（3）第三种方案是铜与稀硝酸制取硝酸铜化学方程式是3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
（4）从资源的有效利用和环境保护两个方面对上述三种生产路线进行简要评析方案一不会产生有毒气体，环保且没有多消耗原料，第二方案有二氧化氮产生且原料消耗多，第三种方案有一氧化氮污染空气同时消耗的硝酸也比方案一多，所以方案一的方法最为合理
（5）为制得纯净硝酸铜、要除去铁、钴、镍等杂质，实际操作是：
①在制得的硝酸铜溶液里加入氧化铜，调节溶液pH为4后通入过热水蒸气，使Fe（OH）₂沉淀析出并过滤除去
②将所得溶液蒸发并析出Cu（NO₃）₂.6H₂O晶体，简析其化学原理，丙写出相关的化学方程式．

Answer 1

分析 工业上以铜屑、浓硫酸、水为主要原料生产硝酸铜，可以用铜与浓硝酸反应，也要以用铜在空气中加热氧化得氧化铜再与硝酸反应得硝酸铜，或者将浓硝酸稀释成稀硝酸，用铜与稀硝酸反应制取硝酸铜，一氧化氮和二氧化氮对环境污染，在制得的硝酸铜溶液里含有硝酸，加入氧化铜，氧化铜与酸反应，调节溶液pH为4后通入过热水蒸气，铁离子水角，使Fe（OH）₃沉淀析出并过滤除去，将所得溶液蒸发浓缩、蒸发结晶，析出Cu（NO₃）₂.6H₂O晶体，据此答题．

解答 解：工业上以铜屑、浓硫酸、水为主要原料生产硝酸铜，可以用铜与浓硝酸反应，也要以用铜在空气中加热氧化得氧化铜再与硝酸反应得硝酸铜，或者将浓硝酸稀释成稀硝酸，用铜与稀硝酸反应制取硝酸铜，一氧化氮和二氧化氮对环境污染，在制得的硝酸铜溶液里含有硝酸，加入氧化铜，氧化铜与酸反应，调节溶液pH为4后通入过热水蒸气，铁离子水角，使Fe（OH）₃沉淀析出并过滤除去，将所得溶液蒸发浓缩、蒸发结晶，析出Cu（NO₃）₂.6H₂O晶体，
（1）第一种方案是将铜与氧气反应制得氧化铜，氧化铜与浓硝酸反应制得硝酸铜，化学方程式是2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O，
故答案为：铜与氧气反应制得氧化铜，氧化铜与浓硝酸反应制得硝酸铜；2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O；
（2）第二种方案是 铜与浓硝酸制取硝酸铜，化学方程式是 Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，
故答案为：铜与浓硝酸制取硝酸铜；Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
（3）第三种方案是 铜与稀硝酸制取硝酸铜，化学方程式是 3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
故答案为：铜与稀硝酸制取硝酸铜；3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（4）从上述三种方案的过程可以看出，方案一不会产生有毒气体，环保且没有多消耗原料，第二方案有二氧化氮产生且原料消耗多，第三种方案有一氧化氮污染空气同时消耗的硝酸也比方案一多，所以方案一的方法最为合理，
故答案为：方案一不会产生有毒气体，环保且没有多消耗原料，第二方案有二氧化氮产生且原料消耗多，第三种方案有一氧化氮污染空气同时消耗的硝酸也比方案一多，所以方案一的方法最为合理；
（5）为制得纯净硝酸铜、要除去铁、钴、镍等杂质，在制得的硝酸铜溶液里含有硝酸，加入氧化铜，氧化铜与酸反应，调节溶液pH为4，反应方程式为CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O，后通入过热水蒸气，铁离子水解，使Fe（OH）₃沉淀析出并过滤除去，反应方程式为Fe³⁺+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（OH）₃↓+3H⁺，将所得溶液蒸发浓缩、蒸发结晶，析出Cu（NO₃）₂.6H₂O晶体，
答：在制得的硝酸铜溶液里含有硝酸，加入氧化铜，氧化铜与酸反应，调节溶液pH为4，反应方程式为CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O，后通入过热水蒸气，铁离子水解，使Fe（OH）₃沉淀析出并过滤除去，反应方程式为Fe³⁺+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（OH）₃↓+3H⁺，将所得溶液蒸发浓缩、蒸发结晶，析出Cu（NO₃）₂.6H₂O晶体．

点评 本题以硝酸铜的制备为命题的出发点，将改进优化的过程设计成一个探究性的试题，旨在考查学生的基础知识、分析问题解决问题的能力、实验操作与实验方案的评价能力、绿色化学的观点等．