Question

20．某化学探究小组拟用铜片制取Cu（NO₃）₂，并探究其化学性质．
（一）他们先把铜粉放在空气中灼烧，在与稀HNO₃反应制取硝酸铜．
（1）如果直接用铜屑与HNO₃反应来制取硝酸铜，可能导致的两个不利因素是生成等物质的量的硝酸铜，消耗硝酸原料多、且产生污染物氮氧化物．
（2）实验中铜粉应该放在坩埚（填“蒸发皿”、“坩埚”或“烧杯”）中灼烧．欲从反应后的溶液中得到硝酸铜晶体，实验操作步骤按顺序分别蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．
（二）为了探究Cu（NO₃）₂热稳定性，探究小组用下图中的装置进行实验．（图中铁架台、铁夹和加热设备均略去）
往左试管中放入研细的无水Cu（NO₃）₂晶体并加热，观察到左试管中有红棕色气体生成，最终残留黑色粉末；用U型管除去红棕色气体，在右试管中收集到无色气体．
（1）红棕色气体是NO₂．
（2）当导管口不再有气泡冒出时，停止反应，这时在操作上应注意先把导气管移出水面，然后熄灭火焰．
（3）探究小组判断Cu（NO₃）₂的分解属于氧化还原反应，产物除了红棕色气体和黑色固体外，进一步分析、推断，分解产物中一定还含有O₂ ，写出该反应的化学方程式2Cu（NO₃）₂═2CuO+4NO₂↑+0₂↑．
（三）为了探究Cu（NO₃）₂在酸性条件下跟铁单质的反应．他们取一支试管，加入Cu（NO₃）₂溶液，滴入适量稀硫酸酸化，再加入一定量铁粉，实验后没有固体残留物质．
（1）反应中最先起氧化作用的是HNO₃；
（2）该探究小组对反应后溶液中铁元素的价态进行探究，他们设计了实验方案，并进行实验．请在答题卡上按下表格式补充写出实验操作步骤、预期现象与结论．

实验操作步骤	预期现象与结论
步骤1：观察样品	溶液呈蓝绿色，不能（填“能”或“不能”确定产物中铁元素的价态．
步骤2：取少量溶液，滴加酸性KMn4溶液	若KMnO4溶液的紫红色褪去或变浅，则说明产物中含+2价铁元素，若KMnO4溶液不褪色或不变浅，则说明产物中不含+2价铁元素
步骤3：另取少量溶液，滴加KSCN溶液	若溶液变为血红色，说明产物中含+3价的铁元素；若溶液颜色无明显变化，则说明产物中不含+3价的铁元素．

Answer 1

分析 （一）（1）比较方案的优劣，一般从三个方面考虑：一是原料是否简单易得，二是操作是否简单，三是否环保；写出反应的化学方程式，然后根据反应原理进行判断两个方案的特点；
（2）灼烧固体用坩埚，硝酸铜溶液中，铜离子存在水解平衡，所以不能直接加热蒸发获得硫酸铜晶体，一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法；
（二）（1）根据质量守恒分析该红棕色气体的组成，然后写出其名称；
（2）注意防止发生倒吸；
（3）根据氧化还原反应中化合价变化判断硝酸铜的分解产物；
（三）（1）先与氧化性强的反应；
（2）步骤1：Fe²⁺的溶液为浅绿色，Fe³⁺溶液为棕黄色，而该溶液呈蓝绿色，据此进行判断；
步骤2：酸性KMnO4溶液具有氧化性，能够氧化Fe²⁺，因此若KMnO₄溶液的紫红色褪去或变浅说明产物中含+2价的铁元素，否则不含；
步骤3：根据“预期现象与结论”可知该操作是为检验溶液中是否含有+3价的铁元素，据此可知选用的试剂是KSCN溶液．

解答 解：（一） （1）生成等物质的量的硝酸铜，假如为1mol，先把铜粉放在空气中灼烧，在与稀HNO₃反应制取硝酸铜中消耗2mol硝酸，而3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，中消耗$\frac{8}{3}$mol硝酸，显然消耗的硝酸原料多，并且产生污染气体NO，
故答案为：成等物质的量的硝酸铜，消耗硝酸原料多；且产生污染物氮氧化物；
（2）灼烧固体铜粉用坩埚，由于铜离子在溶液中存在水解平衡，所以从硝酸铜溶液中获得硝酸铜晶体，不能直接蒸发结晶，需要通过蒸发浓缩、冷却结晶，然后过滤的操作方法完成，
故答案为：坩埚；蒸发浓缩；冷却结晶；
（二） （1）中学常见的红棕色气体有NO₂、Br₂蒸气，该反应中生成的红棕色气体只能为NO₂，
故答案为：NO₂ ；
（2）防止发生倒吸，应先把导气管移出水面，然后熄灭火焰，故答案为：先把导气管移出水面，然后熄灭火焰；
（3）探究小组判断Cu（NO₃）₂的分解属于氧化还原反应，产物中红棕色气体为NO₂，黑色固体为CuO，根据化合价变化，硝酸铜中N元素从+5价变为+4价的NO₂，化合价降低被还原，则一定存在化合价升高的元素，该元素只能为O元素，反应中O元素被氧化成氧气，所以分解产物中一定还含有O₂，反应的化学方程式：2Cu（NO₃）₂═2CuO+4NO₂↑+0₂↑，
故答案为：O₂ ；2Cu（NO₃）₂═2CuO+4NO₂↑+0₂↑；
（三） （1）硝酸的氧化性比铜离子强，先与氧化性强的反应，故答案为：HNO₃；
（2）步骤1：Fe²⁺在溶液中为浅绿色，Fe³⁺在溶液中为棕黄色，而该溶液呈蓝绿色，因此不能确定产物中铁元素的价态；
步骤2：酸性KMnO₄溶液具有氧化性，能够氧化亚铁离子，若KMnO₄溶液的紫红色褪去或变浅说明产物中含+2价的铁元素；
步骤3：为检验溶液中是否含有+3价的铁元素，现象为溶液变为红色，因此用的试剂是KSCN溶液，
故答案为：不能；若KMnO₄溶液的紫红色褪去或变浅，则说明产物中含+2价铁元素，若KMnO₄溶液不褪色或不变浅，则说明产物中不含+2价铁元素；另取少量溶液，滴加KSCN溶液．

点评 本题考查物质的制备，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，注意把握题给信息，结合物质的性质设计实验步骤，题目难度不大．