Question

【题目】硝酸是一种具有强氧化性、腐蚀性的强酸，其还原产物因硝酸浓度的不同而有变化，从总体上说，硝酸浓度越高，平均每分子硝酸得到的电子数越少，浓硝酸的还原产物主要为NO2、稀硝酸的还原产物为NO。实验室中，常用Cu与浓HNO3反应制取NO2，用Cu与稀HNO3反应制取NO。

(1)请写出实验室中用Cu与稀HNO3反应制取NO的化学方程式并用双线桥标明电子的转移方向及数目_________________

(2)64gCu与适量的浓HNO3反应，铜全部作用后，共收集到22.4L气体(标准状况下)，反应中消耗的HNO3的物质的量是_________(填字母代号)。

A.0.5mol B. 1.0mol C. 2.0mol D. 3.0mol

产生的气体分别是_______________，其物质的量之比是_______________

(3)实际上硝酸不仅可被还原为NO2或NO，浓度更稀时硝酸还可以被还原为N2O、N2、NH4NO3等，请将下列3种物质：FeSO4、Fe(NO3)3和Fe2(SO4)3分别填入下面对应的横线上，并配平该反应的化学方程式。___HNO3+_______→ _______+ _______ +___ NO↑+___H2O

(4)硝酸的还原产物NO、NO2、N2O等对环境均有副作用，为了可持续发展，当今社会提出的一个新概念--“绿色化学”，它要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应，则下列由单质铜制取硝酸铜的方法可行且符合“绿色化学”的是_______(填字母代号)。

A．CuCu(NO3)2

B．CuCuOCu(NO3)2

C．CuCuOCu(OH)2Cu(NO3)2

D．CuCuSO4Cu(NO3)2

Answer 1

【答案】 D NO2和NO 1:1 4 3FeSO4 Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3 1 2 B

【解析】

(1)Cu与稀HNO3反应书写硝酸铜、NO与水；所含元素化合价升高的物质发生氧化反应，氧化剂得到电子，硝酸是氧化剂，结合N元素化合价变化计算转移电子；

(2)Cu与硝酸反应生成Cu(NO3)2、NO2、NO，根据Cu元素守恒计算n[Cu(NO3)2]，根据N元素守恒计算反应中消耗HNO3的物质的量；

(3)所给的物质中，HNO3中氮元素化合价位于最高价，具有氧化性，对应还原产物为NO，能将还原性的FeSO4氧化为Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3；根据电子转移守恒、电荷守恒、原子守恒配平离子方程式；

(4)A．铜与硝酸反应会产生一氧化氮、二氧化氮；

B．N元素被完全利用，没有污染物生成，该途径符合绿色化学原理；

C．氧化铜与水不反应；

D．铜与稀硫酸不反应，不能制得硫酸铜；铜与浓硫酸反应会产生二氧化硫气体。

(1) Cu与稀HNO3反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，化学方程式为：3Cu+8HNO3(浓)= 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，该反应中，铜元素由反应前单质Cu的0价变为反应后Cu(NO3)2中的+2价，化合价升高，失去2e-，发生氧化反应，N元素的化合价由反应前硝酸中的+5价变为反应后NO中的+2，化合价降低，获得3e-，电子得失最小公倍数是6，所以Cu、Cu(NO3)2的系数为3，HNO3、NO的系数为2，由于还有3个Cu(NO3)2中的6个NO3-没有参加氧化还原反应，也是由硝酸提供，所以HNO3的系数改为2+6=8，根据H元素原子守恒，可知水的系数为4，方程式为3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O ，用双线桥法表示为：

；

(2)n(Cu)=1mol，则n[Cu(NO3)2]=1mol，n(NO2)+n(NO)= 22.4L÷ 22.4L/mol=1mol，即被还原的硝酸的物质的量为1mol，根据n[Cu(NO3)2]=1mol可知未参加氧化还原反应，表现为酸性的硝酸的物质的量为2mol，故反应共消耗硝酸的物质的量为n(HNO3)=1mol+2mol=3mol，合理选项是D；

反应的Cu物质的量是1mol，失去2mol电子，开始硝酸为浓硝酸，被还原产生NO2，随着反应的进行，硝酸变为稀硝酸，硝酸被还原变为NO，假设NO2物质的量为x，则NO物质的量为(1-x)，根据电子守恒，可得x+3(1-x)=2，解得x=0.5mol，1-x=0.5mol，故二者的物质的量的比为1：1；

(3)所给的物质中，HNO3中氮元素化合价位于最高价，具有氧化性，对应还原产物为NO，能将还原性的FeSO4氧化为Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3，根据电子守恒、原子守恒，可得发生的反应为：4HNO3+3FeSO4→Fe(NO3)3+ Fe2(SO4)3+NO↑+2H2O；

(4)A．铜与硝酸反应会产生一氧化氮、二氧化氮等大气污染物，A错误；

B．N元素被完全利用，没有污染物生成，该途径符合绿色化学原理，B正确；

C．该流程中氧化铜与水不反应，不能制得硝酸铜，C错误；

D．该途径中铜与稀硫酸不反应，不能制得硫酸铜；铜与浓硫酸反应会产生二氧化硫气体，污染大气，D错误，

故合理选项是B。