题目内容

4．Cu（NO3）2是重要的化工原料．回答下列工业生产和化学实验中的几个问题．
（1）实验室欲制备0.3mol Cu （NO3）2晶体，甲、乙两同学分别设计实验方案如下：
甲：Cu $\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$  Cu（NO3）2乙：Cu$\stackrel{O_{2}}{→}$CuO$\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$  Cu（NO3）2
①绿色化学的角度分析，乙同学的方案更合理，此同学可节约2mol/L的稀硝酸100mL；
②甲方案的离子方程式为3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O
③乙同学实验时通入O2的速率不宜过大，为便于观察和控制产生O2的速率，宜选择方案B（填字母序号）．

④B装置如何检查气密性

（2）某校化学兴趣小组的同学对硝酸铜的受热分解进行探究．他们设计了如图2装置加热Cu（NO3）2固体（加热及夹持装置未画出）．加热过程发现：装置①中的固体逐渐变为黑色；装置②中有气泡产生，但在上升的过程中消失；石蕊试液逐渐变为红色，液体几乎不被压至装置③中．请写出Cu（NO3）2受热分解的化学方程式：2Cu（NO3）2$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$CuO+4NO2↑+O2↑；
（3）NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图3．该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应式为NO2+NO3--e-=N2O5．

分析 （1）①评价实验方案要从反应的可操作性，生成物的性质，环保节能等方面分析，甲同学用Cu $\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$ Cu（NO3）的方法，制备0.3mol Cu （NO3）2晶体，消耗硝酸0.8mol，乙同学用Cu$\stackrel{O_{2}}{→}$CuO$\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$  Cu（NO3）2
的方法，制备0.3mol Cu （NO3）2晶体，消耗硝酸0.3mol，据此计算；
②铜溶解于稀硝酸生成硝酸铜、NO和水，结合电子守恒、电荷守恒及原子守恒写出此反应的化学方程式；
③实验时通入O2的速率不宜过大，为便于观察和控制产生O2的速率，分析装置可知，利用分液漏斗控制加入过氧化氢的量能达到要求；
④检查装置B气密性时，可借助于气体压强形成的水柱的变化来判断，并假设锥形瓶出气管上有弹簧夹或活塞K1；
（2）装置②中也有气泡产生，但在上升的过程中消失，说明生成物有二氧化氮和氧气，装置①中的固体逐渐变为黑色，说明生成物有氧化铜，请然后根据质量守恒配平；
（3）该原电池中通入二氧化氮的电极是负极、通入氧气的电极是正极，所以I是负极、II是正极，负极上生成氧化物，应该是二氧化氮失电子和硝酸根离子反应生成五氧化二氮．

解答 解：（1）①评价实验方案要从反应的可操作性，生成物的性质，环保节能等方面分析，甲同学用Cu $\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$ Cu（NO3）的方法，制备0.3mol Cu （NO3）2晶体，消耗硝酸0.8mol，乙同学用Cu$\stackrel{O_{2}}{→}$CuO$\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$  Cu（NO3）2
的方法，制备0.3mol Cu （NO3）2晶体，消耗硝酸0.6mol，所以乙同学节约2mol/L的稀硝酸的体积为$\frac{0.8-0.6}{2}$L=100mL，
故答案为：乙；100；
②Cu溶解于稀硝酸发生反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O，故答案为：3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O；
③实验时通入O2的速率不宜过大，为便于观察和控制产生O2的速率，分析装置可知，利用分液漏斗控制加入过氧化氢的量能达到要求，装置B中生成的氧气通过浓硫酸可以干燥氧气，同时观察气体气泡冒出的速率控制生成氧气的速率，所以选择B装置；
故答案为：B；
④可通过关闭K1，打开分液漏斗的活塞，注入水，观察漏斗内水柱下降后在一定高度保持不变，说明B装置气密性良好，故答案为：关闭K1，打开分液漏斗的活塞，注入水，观察漏斗内水柱下降后在一定高度保持不变，说明气密性良好；

（2）加热的是Cu（NO3）2．加热过程发现：装置②中也有气泡产生，但在上升的过程中消失，石蕊试液逐渐变为红色，液体几乎不被压至装置③中，说明二氧化氮、氧气恰好与水反应生成硝酸，装置①中的固体逐渐变为黑色，说明生成氧化铜，则方程式为：2Cu（NO3）2$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$CuO+4NO2↑+O2↑，
故答案为：2Cu（NO3）2$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$CuO+4NO2↑+O2↑；
（3）该原电池中通入二氧化氮的电极是负极、通入氧气的电极是正极，所以I是负极、II是正极，负极上生成氧化物，应该是二氧化氮失电子和硝酸根离子反应生成五氧化二氮，电极反应式为NO2+NO3--e-=N2O5，
故答案为：NO2+NO3--e-=N2O5．

点评 本题考查了物质成分探究实验和电化学的相关知识，题目涉及的知识点比较多，分析一个反应的可行性要从多方面分析，如从反应的可行性，环保安全，操作简便，经济节能方面考虑，本题难度较大．

练习册系列答案
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2．（1）某课外活动小组同学用如图1装置进行实验，试回答下列问题：
①若开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，石墨电极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-．

②若开关K与b连接，则电解反应的化学方程式为2NaCl+2H2O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl2↑+H2↑．
（2）该小组同学设想，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，用如2图所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠，无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念．
①该电解槽的阳极反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑．此时通过阴离子交换膜的离子数小于（选填“大于”、“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数．
②通电开始后，阴极附近溶液pH增大（选填“增大”、“不变”或“减小”）．
③若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，则电池负极的电极反应式为H2+2OH--2e-=2H2O；已知H2的燃烧热为285.8KJ/mol，则该燃料电池工作产生36g 液态H2O时，理论上有571.6．kJ的能量转化为电能．
3．下列实验中，仪器的下端必须插入液面下的是（　　）
A．制备氯气装置中的分液漏斗B．制备Fe（OH）2操作中的胶头滴管
C．分馏石油时的温度计D．将氯化氢气体溶于水时的导管
12．金刚石和石墨是碳元素的两种结构不同的单质（同素异形体）．在100KPa时，1mol石墨转化为金刚石，要吸收1.895kJ的热量．据此试判断下列结论正确的是（　　）
A．金刚石比石墨稳定B．石墨和金刚石是碳元素的同位素
C．1mol石墨比1mol金刚石的总能量高D．金刚石转化为石墨属于化学变化
19．（1）根据分子中所含官能团可预测有机化合物的性质．
①分子中所有碳原子位于同一条直线上的是c（填字母）．
a．丙烷 b．丙烯 c．丙炔
②能发生加成反应的有机物是c（填字母）．
a．CH3CH2Br b．CH3CH2OH c．葡萄糖
③能鉴别乙烯与乙烷的试剂是b（填字母）．
a．水 b．酸性KMnO4溶液 c．NaOH溶液
④下列化合物中，能发生酯化反应的是c．（填字母）
a．CH3CHO b．HCOOCH3 c．CH3COOH
⑤与 和都能反应的是b．（填字母）
a．FeCl3溶液 b．金属钠 c．饱和Na2CO3溶液．
9．已知乙烯能发生以下转化：

（1）乙烯的结构简式为CH2=CH2．
（2）D中官能团的名称：羧基．
（3）物质B可以被直接氧化为D，需要加入的试剂是酸性KMnO4溶液或酸性K2Cr2O7溶液．
（4）②的反应类型酯化反应（或取代反应）．
（5）写出①的化学方程式2CH3CH2OH+O2$→_{△}^{Cu}$2CH3CHO+2H2O．
16．加热聚丙烯废塑料可以得到炭、氢气、甲烷、乙烯、丙烯、苯和甲苯，用下图所示装置探究废旧塑料的再利用．下列叙述不正确的是（　　）
A．乙烯分子中共用电子对数为5B．装置B的试管中可收集到苯
C．装置C中的试剂可吸收烯烃D．最后收集的气体可做燃料
13．下列关于有机物的说法正确的是（　　）
A．纯净物C4H8的核磁共振氢谱峰最多为4
B．化学式为C8H8的有机物，一定能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．  的同分异构体中，可以有醇类、但没有酚类物质
D．1 mol 最多能与2 mol NaOH反应
14．下列各组原子序数所表示的两种元素，能形成AB2型离子化合物的是（　　）
A．1和7B．6和8C．11和16D．12和17

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