Question

某化學探究小組擬用銅片制取Cu（NO₃）₂，并探究其化學性質．
（一）甲乙兩位同學設計了Cu（NO₃）₂的兩種制備方案：
方案一：先把銅粉放在空氣中灼燒，再與稀HNO₃反應制取硝酸銅．
方案二：銅粉與稀硝酸反應生成Cu（NO₃）₂．
（1）兩個方案相比較，哪個方案更好？

 

，簡述理由：

 

（2）欲從反應后的溶液中得到硝酸銅晶體，實驗操作步驟按順序分別是

 

、

 

、過濾．
（二）為了探究Cu（NO₃）₂的熱穩定性，探究小組按如圖中的裝置進行實驗．（圖中鐵架臺、鐵夾和加熱設備均略去）往左試管中放入研細的無水Cu（NO₃）₂晶體并加熱，觀察到左試管中有紅棕色氣體生成，最終殘留黑色粉末；用U形管除去紅棕色氣體，在右試管中收集到無色氣體．
（1）紅棕色氣體是

 

．
（2）探究小組判斷Cu（NO₃）₂的分解屬于氧化還原反應，產物除了紅棕色氣體和黑色固體外，進一步分析、推斷，分解產物中一定還含有

 

．
（三）為了探究Cu（NO₃）₂在酸性條件下跟鐵單質的反應．他們取一支試管，加入Cu（NO₃）₂溶液，滴入適量稀硫酸酸化，再加入一定量鐵粉，實驗后沒有固體殘留物質．
該探究小組對反應后溶液中鐵元素的價態進行探究，他們設計了實驗方案，并進行實驗．請按下表格式補充寫出實驗操作步驟、預期現象與結論．

實驗操作步驟	預期現象與結論
步驟1：觀察樣品	溶液呈藍綠色，   （填“能”或“不能”）確定產物中鐵元素的價態
步驟2：取少量溶液，滴加酸性KMnO4溶液
步驟3：	若溶液變為紅色，說明產物中含+3價的鐵元素；若溶液顏色無明顯變化，則說明產物中不含+3價的鐵元素

Answer 1

考點：性質實驗方案的設計,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（一）（1）比較方案的優劣，一般從三個方面考慮：一是原料是否簡單易得，二是操作是否簡單，三是否環保；寫出反應的化學方程式，然后根據反應原理進行判斷兩個方案的特點；
（2）硝酸銅溶液中，銅離子存在水解平衡，所以不能直接加熱蒸發獲得硫酸銅晶體，一般采取蒸發濃縮、冷卻結晶的方法；
（二）（1）根據質量守恒分析該紅棕色氣體的組成，然后寫出其名稱；
（2）根據氧化還原反應中化合價變化判斷硝酸銅的分解產物；
（三）步驟1：Fe²⁺的溶液為淺綠色，Fe³⁺溶液為棕黃色，而該溶液呈藍綠色，據此進行判斷；
步驟2：酸性KMnO4溶液具有氧化性，能夠氧化Fe²⁺，因此若KMnO₄溶液的紫紅色褪去或變淺說明產物中含+2價的鐵元素，否則不含；
步驟3：根據“預期現象與結論”可知該操作是為檢驗溶液中是否含有+3價的鐵元素，據此可知選用的試劑是KSCN溶液．

解答： 解：（一） （1）方案一的反應為：2Cu+O₂

△   .

2CuO，CuO+2HNO₃═Cu（NO₃）₂+H₂O，
方案二中反應為：3Cu+8HNO₃（稀）3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
生成等物質的量的硝酸銅，假如為1mol，方案一中消耗2mol硝酸，而方案二中消耗

8

3

mol硝酸，顯然方案二中消耗的硝酸原料多，并且產生污染氣體NO，所以方案一更合理，
故答案為：方案一；生成等物質的量的硝酸銅，方案二消耗硝酸原料多、產生污染物NO；
（2）由于銅離子在溶液中存在水解平衡，所以從硝酸銅溶液中獲得硝酸銅晶體，不能直接蒸發結晶，需要通過蒸發濃縮、冷卻結晶，然后過濾的操作方法完成，
故答案為：蒸發濃縮；冷卻結晶；
（二） （1）中學常見的紅棕色氣體有NO₂、Br₂蒸氣，該反應中生成的紅棕色氣體只能為NO₂，
故答案為：NO₂ ；
（2）探究小組判斷Cu（NO₃）₂的分解屬于氧化還原反應，產物中紅棕色氣體為NO₂，黑色固體為CuO，根據化合價變化，硝酸銅中N元素從+5價變為+4價的NO₂，化合價降低被還原，則一定存在化合價升高的元素，該元素只能為O元素，反應中O元素被氧化成氧氣，所以分解產物中一定還含有O₂，
故答案為：O₂ ；
（三） 步驟1：Fe²⁺在溶液中為淺綠色，Fe³⁺在溶液中為棕黃色，而該溶液呈藍綠色，因此不能確定產物中鐵元素的價態；
步驟2：酸性KMnO4溶液具有氧化性，能夠氧化亞鐵離子，若KMnO₄溶液的紫紅色褪去或變淺說明產物中含+2價的鐵元素；
步驟3：為檢驗溶液中是否含有+3價的鐵元素，現象為溶液變為紅色，因此用的試劑是KSCN溶液，
故答案為：不能；若KMnO₄溶液的紫紅色褪去或變淺，則說明產物中含+2價鐵元素，若KMnO₄溶液不褪色或不變淺，則說明產物中不含+2價鐵元素；另取少量溶液，滴加KSCN溶液．

點評：本題考查了制備實驗方案的設計與評價、物質性質實驗方案的設計，題目難度中等，注意掌握常見元素單質及其化合物性質，明確物質性質實驗方案的設計與評價方法，試題培養了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識解決實際問題的能力．