Question

3．Cu（NO₃）₂是重要的化工原料．回答下列工業(yè)生產(chǎn)和化學實驗中的幾個問題．
（1）實驗室欲制備0.5molCu （NO₃）₂晶體，甲、乙兩同學分別設計實驗方案如下：
甲：Cu $\stackrel{稀HN{O}_{3}}{→}$ Cu（NO₃）₂         
乙：Cu $\stackrel{{O}_{2}}{→}$ CuO $\stackrel{稀HN{O}_{3}}{→}$Cu（NO₃）₂
①從綠色化學的角度分析，乙同學的方案更合理，理由是a制取等量的硝酸銅所用硝酸的量少，減少對環(huán)境的污染；
②乙同學實驗時通入O₂的速率不宜過快，為便于觀察和控制產(chǎn)生O₂的速率，宜選擇如圖1中B裝置（填字母序號）．
（2）利用銅片、鐵片、石墨、400mL  2mol/L的硝酸銅溶液、導線和電流表，設計一個原電池
①負極材料Fe 電極反應方程式為Fe-2e^-=Fe²⁺；
②正極材料石墨 電極反應方程式為Cu²⁺+2e^-=Cu
③硝酸銅濃度變?yōu)樵瓉硪话霑r，電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.8N_A．
（3）有如圖2裝置，當電路中通過2mol電子時，Cu電極質(zhì)量變化為C．
A．增重64g   B．減重64g    C．可能增重64g，也可能減重64g．

Answer 1

分析 （1）①評價實驗方案要從反應的可操作性，生成物的性質(zhì)，環(huán)保節(jié)能等方面分析．由于硝酸與銅直接反應時會生成有毒的氮氧化物，第一個方案環(huán)保并且使用的硫酸量較小進行分析；
②實驗時通入O₂的速率不宜過大，為便于觀察和控制產(chǎn)生O₂的速率，分析裝置可知，利用分液漏斗控制加入過氧化氫的量能達到要求；
（2）該反應中Fe元素化合價由0價變?yōu)?2價、Cu元素化合價由+2價變?yōu)?價，所以Fe作負極、不如Fe活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，如銅片或石墨，硝酸銅為電解質(zhì)；工作時，正極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu，負極反應式為Fe-2e^-=Fe²⁺，電子從負極沿導線流向正極；
根據(jù)1mol轉(zhuǎn)移2mol的電子，來分析求解；
（3）銅是負極發(fā)生氧化反應，電極反應式為：Cu-2e^-=Cu²⁺，銅如果是正極，電極反應式為：Cu²⁺+2e^-=Cu．

解答 解：（1）①甲方案中放出的有毒氣體氮氧化物會造成對空氣的污染，因此，從保護環(huán)境的角度來看，甲方案不合理；乙方案銅和氧氣加熱生成氧化銅，氧化銅和硝酸反應產(chǎn)生硝酸銅和水，因此反應過程中沒有污染物，且原料的利用率高；
故答案為：乙；理由：a制取等量的硝酸銅所用硝酸的量少，減少對環(huán)境的污染；
②實驗時通入O₂的速率不宜過大，為便于觀察和控制產(chǎn)生O₂的速率，分析裝置可知，利用分液漏斗控制加入過氧化氫的量能達到要求，裝置B中生成的氧氣通過濃硫酸可以干燥氧氣，同時觀察氣體氣泡冒出的速率控制生成氧氣的速率，所以選擇B裝置；
故答案為：B；
（2）該反應中Fe元素化合價由0價變?yōu)?2價、Cu元素化合價由+2價變?yōu)?價，所以Fe作負極、不如Fe活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，如銅或石墨，硝酸銅為電解質(zhì)；工作時，正極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu，負極反應式為Fe-2e^-=Fe²⁺；
Fe作負極、石墨作正極，硝酸銅為電解質(zhì)，裝置圖為；硝酸銅濃度變?yōu)樵瓉硪话霑r，則參加反應的銅離子的物質(zhì)的量為：0.4L×2mol/L×$\frac{1}{2}$
=0.4mol，所以轉(zhuǎn)移電子數(shù)為：0.8N_A，故答案為：①負極：Fe；Fe-2e^-=Fe²⁺；②正極：石墨；Cu²⁺+2e^-=Cu；③0.8N_A；
（3）銅是負極發(fā)生氧化反應，電極反應式為：Cu-2e^-=Cu²⁺，銅如果是正極，電極反應式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，所以當電路中通過2mol電子時，Cu電極質(zhì)量變化可能增重64g，也可能減重64g，故選C．

點評 本題考查了物質(zhì)成分探究實驗和電化學的相關(guān)知識，題目涉及的知識點比較多，分析一個反應的可行性要從多方面分析，如從反應的可行性，環(huán)保安全，操作簡便，經(jīng)濟節(jié)能方面考慮，本題難度較大．