题目内容
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）甲乙两位同学设计了Cu（NO3）2的两种制备方案：
方案一：先把铜粉放在空气中灼烧，再与稀HNO3反应制取硝酸铜．
方案二：铜粉与稀硝酸反应生成Cu（NO3）2．
（1）两个方案相比较，哪个方案更好？
（2）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是
（二）为了探究Cu（NO3）2的热稳定性，探究小组按如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形管除去红棕色气体，在右试管中收集到无色气体．
（1）红棕色气体是
（2）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
（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．
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， |
| 步骤2：取少量溶液，滴加酸性KMnO4溶液 | |
| 步骤3： | 若溶液变为红色，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 |
考点：性质实验方案的设计,制备实验方案的设计
专题：实验设计题
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）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）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）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．
（2）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）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）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）方案一的反应为：2Cu+O2
2CuO，CuO+2HNO3═Cu（NO3）2+H2O，
方案二中反应为：3Cu+8HNO3（稀）3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O，
生成等物质的量的硝酸铜，假如为1mol，方案一中消耗2mol硝酸，而方案二中消耗
mol硝酸，显然方案二中消耗的硝酸原料多，并且产生污染气体NO，所以方案一更合理，
故答案为：方案一；生成等物质的量的硝酸铜，方案二消耗硝酸原料多、产生污染物NO；
（2）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：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）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，
故答案为：O2 ；
（三） 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．
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方案二中反应为：3Cu+8HNO3（稀）3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O，
生成等物质的量的硝酸铜，假如为1mol，方案一中消耗2mol硝酸，而方案二中消耗
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故答案为：方案一；生成等物质的量的硝酸铜，方案二消耗硝酸原料多、产生污染物NO；
（2）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：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）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，
故答案为：O2 ；
（三） 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：本题考查了制备实验方案的设计与评价、物质性质实验方案的设计，题目难度中等，注意掌握常见元素单质及其化合物性质，明确物质性质实验方案的设计与评价方法，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识解决实际问题的能力．
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