Question

【題目】硝酸是一種具有強(qiáng)氧化性、腐蝕性的強(qiáng)酸，其還原產(chǎn)物因硝酸濃度的不同而有變化，從總體上說(shuō)，硝酸濃度越高，平均每分子硝酸得到的電子數(shù)越少，濃硝酸的還原產(chǎn)物主要為NO2、稀硝酸的還原產(chǎn)物為NO。實(shí)驗(yàn)室中，常用Cu與濃HNO3反應(yīng)制取NO2，用Cu與稀HNO3反應(yīng)制取NO。

(1)請(qǐng)寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)室中用Cu與稀HNO3反應(yīng)制取NO的化學(xué)方程式并用雙線橋標(biāo)明電子的轉(zhuǎn)移方向及數(shù)目_________________

(2)64gCu與適量的濃HNO3反應(yīng)，銅全部作用后，共收集到22.4L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，反應(yīng)中消耗的HNO3的物質(zhì)的量是_________(填字母代號(hào))。

A.0.5mol B. 1.0mol C. 2.0mol D. 3.0mol

產(chǎn)生的氣體分別是_______________，其物質(zhì)的量之比是_______________

(3)實(shí)際上硝酸不僅可被還原為NO2或NO，濃度更稀時(shí)硝酸還可以被還原為N2O、N2、NH4NO3等，請(qǐng)將下列3種物質(zhì)：FeSO4、Fe(NO3)3和Fe2(SO4)3分別填入下面對(duì)應(yīng)的橫線上，并配平該反應(yīng)的化學(xué)方程式。___HNO3+_______→ _______+ _______ +___ NO↑+___H2O

(4)硝酸的還原產(chǎn)物NO、NO2、N2O等對(duì)環(huán)境均有副作用，為了可持續(xù)發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)提出的一個(gè)新概念--“綠色化學(xué)”，它要求從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和技術(shù)上設(shè)計(jì)可行的化學(xué)反應(yīng)，則下列由單質(zhì)銅制取硝酸銅的方法可行且符合“綠色化學(xué)”的是_______(填字母代號(hào))。

A．CuCu(NO3)2

B．CuCuOCu(NO3)2

C．CuCuOCu(OH)2Cu(NO3)2

D．CuCuSO4Cu(NO3)2

Answer 1

【答案】 D NO2和NO 1:1 4 3FeSO4 Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3 1 2 B

【解析】

(1)Cu與稀HNO3反應(yīng)書(shū)寫(xiě)硝酸銅、NO與水；所含元素化合價(jià)升高的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化劑得到電子，硝酸是氧化劑，結(jié)合N元素化合價(jià)變化計(jì)算轉(zhuǎn)移電子；

(2)Cu與硝酸反應(yīng)生成Cu(NO3)2、NO2、NO，根據(jù)Cu元素守恒計(jì)算n[Cu(NO3)2]，根據(jù)N元素守恒計(jì)算反應(yīng)中消耗HNO3的物質(zhì)的量；

(3)所給的物質(zhì)中，HNO3中氮元素化合價(jià)位于最高價(jià)，具有氧化性，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物為NO，能將還原性的FeSO4氧化為Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3；根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒、電荷守恒、原子守恒配平離子方程式；

(4)A．銅與硝酸反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一氧化氮、二氧化氮；

B．N元素被完全利用，沒(méi)有污染物生成，該途徑符合綠色化學(xué)原理；

C．氧化銅與水不反應(yīng)；

D．銅與稀硫酸不反應(yīng)，不能制得硫酸銅；銅與濃硫酸反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生二氧化硫氣體。

(1) Cu與稀HNO3反應(yīng)生成硝酸銅、一氧化氮和水，化學(xué)方程式為：3Cu+8HNO3(濃)= 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，該反應(yīng)中，銅元素由反應(yīng)前單質(zhì)Cu的0價(jià)變?yōu)榉磻?yīng)后Cu(NO3)2中的+2價(jià)，化合價(jià)升高，失去2e-，發(fā)生氧化反應(yīng)，N元素的化合價(jià)由反應(yīng)前硝酸中的+5價(jià)變?yōu)榉磻?yīng)后NO中的+2，化合價(jià)降低，獲得3e-，電子得失最小公倍數(shù)是6，所以Cu、Cu(NO3)2的系數(shù)為3，HNO3、NO的系數(shù)為2，由于還有3個(gè)Cu(NO3)2中的6個(gè)NO3-沒(méi)有參加氧化還原反應(yīng)，也是由硝酸提供，所以HNO3的系數(shù)改為2+6=8，根據(jù)H元素原子守恒，可知水的系數(shù)為4，方程式為3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O ，用雙線橋法表示為：

；

(2)n(Cu)=1mol，則n[Cu(NO3)2]=1mol，n(NO2)+n(NO)= 22.4L÷ 22.4L/mol=1mol，即被還原的硝酸的物質(zhì)的量為1mol，根據(jù)n[Cu(NO3)2]=1mol可知未參加氧化還原反應(yīng)，表現(xiàn)為酸性的硝酸的物質(zhì)的量為2mol，故反應(yīng)共消耗硝酸的物質(zhì)的量為n(HNO3)=1mol+2mol=3mol，合理選項(xiàng)是D；

反應(yīng)的Cu物質(zhì)的量是1mol，失去2mol電子，開(kāi)始硝酸為濃硝酸，被還原產(chǎn)生NO2，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硝酸變?yōu)橄∠跛�，硝酸被還原變?yōu)?/span>NO，假設(shè)NO2物質(zhì)的量為x，則NO物質(zhì)的量為(1-x)，根據(jù)電子守恒，可得x+3(1-x)=2，解得x=0.5mol，1-x=0.5mol，故二者的物質(zhì)的量的比為1：1；

(3)所給的物質(zhì)中，HNO3中氮元素化合價(jià)位于最高價(jià)，具有氧化性，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物為NO，能將還原性的FeSO4氧化為Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3，根據(jù)電子守恒、原子守恒，可得發(fā)生的反應(yīng)為：4HNO3+3FeSO4→Fe(NO3)3+ Fe2(SO4)3+NO↑+2H2O；

(4)A．銅與硝酸反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一氧化氮、二氧化氮等大氣污染物，A錯(cuò)誤；

B．N元素被完全利用，沒(méi)有污染物生成，該途徑符合綠色化學(xué)原理，B正確；

C．該流程中氧化銅與水不反應(yīng)，不能制得硝酸銅，C錯(cuò)誤；

D．該途徑中銅與稀硫酸不反應(yīng)，不能制得硫酸銅；銅與濃硫酸反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生二氧化硫氣體，污染大氣，D錯(cuò)誤，

故合理選項(xiàng)是B。