Question

同学们在实验室里用不同的方法分别制取Cu(NO₃)₂，并在此基础上探究Cu(NO₃)₂的化学性质。

(1)甲组同学直接用铜屑与稀硝酸反应制取Cu(NO₃)₂，反应的化学方程式是_____________。

(2)乙组同学查阅了硝酸铜晶体的溶解度曲线(右图)，据此设计了以下实验方案，先将铜粉在空气中充分灼烧，再将灼烧后的物质与适量稀HNO₃反应，欲从反应后的溶液中得到Cu(NO₃)₂晶体，依次进行的操作是：蒸发浓缩、____________、过滤、洗涤、干燥。乙组同学认为此方案优于甲组的方案，理由之一是__________________________。

(3)丙组同学用Cu(NO₃)₂晶体，探究其热稳定性，实验装置如下所示。(夹持装置和加热仪器未画出)

①充分加热Cu(NO₃)₂晶体一段时间后，观察到U形管中气体变为红棕色，红棕色气体是____________。

②集气瓶最终被水充满，无气体剩余，则晶体分解的生成的气体还有________。

③欲证明试管中残留的黑色粉末是CuO[假设Cu(NO₃)₂晶体已全部分解]，实验方案是 _________。

④由该实验可得出的结论是___________________。

Answer

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O 降温结晶 硝酸利用率高，不会产生污染环境的 NO NO2 O2 取少量黑色粉末于试管中，向其中滴加足量稀硫酸，黑色粉末全部溶解，得到蓝色溶液 Cu(NO3)2 晶体的热稳定性较差

【解析】

(1)铜与稀硝酸反应产生Cu(NO3)2、NO、H2O，利用电子守恒、原子守恒，书写方程式；

(2)根据Cu(NO3)2的溶解度受温度的影响变化较大，用结晶方法获得晶体；根据是否会造成污染及原料利用率分析判断方案的优劣；

(3)①根据NO是无色气体，NO2是红棕色气体，可确定Cu(NO3)2分解产生了NO2气体；

②利用元素化合价升降总数等于反应过程中电子转移数目及最后无气体剩余判断另外一种气体的成分；

③CuO是碱性氧化物，能溶于稀硫酸产生硫酸铜蓝色溶液；

④加热后得到红棕色和黑色固体，说明加热后硝酸铜分解。

(1)铜与稀硝酸反应产生Cu(NO3)2、NO、H2O，该反应是氧化还原反应，根据电子守恒、原子守恒，可得该反应的方程式：3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O；

(2)根据Cu(NO3)2的溶解度曲线可知：温度升高，硝酸钾溶解度大，温度低，硝酸钾溶解度小，溶解度受温度的影响变化较大，可采用将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。甲组方案中一部分硝酸变为大气污染物NO，不仅会污染环境，而且会导致硝酸的利用率降低，而乙组同学先使Cu与空气中氧气反应转化为CuO，然后与硝酸发生复分解反应产生硝酸铜，硝酸全部转化为目标产物，不会产生尾气，因此此方案优于甲组的方案；

(3)①NO是无色气体、二氧化氮是红棕色气体，则得到的红棕色气体是NO2；

②Cu(NO3)2受热分解产生了NO2，N元素化合价由反应前Cu(NO3)2的+5价变为反应后NO2的+4价，化合价降低，获得电子，Cu元素在氧化性环境中不可能变为Cu单质，则根据氧化还原反应的规律，必然有另一种元素化合价升高，根据盐的组成可知只能是Cu(NO3)2中-2价的O变为单质O2，由于最后气体无剩余，说明n(NO2)：n(O2)=4：1，故晶体分解的生成的气体还有O2，反应的方程式为2Cu(NO3)22CuO+4NO2↑+O2↑；

③CuO是碱性氧化物，能溶于稀硫酸生成蓝色的硫酸铜溶液，取少量黑色粉末于试管中，向其中滴加足量稀硫酸，若看到黑色固体粉末全部溶解，得到蓝色溶液，就证明固体为CuO；

④加热后得到红棕色和黑色固体，说明加热后硝酸铜分解，由此得出Cu(NO3)2晶体的热稳定性较差。