Question

【題目】硝酸是一種具有強氧化性、腐蝕性的強酸，其還原產物因硝酸濃度的不同而有變化，從總體上說，硝酸濃度越高，平均每分子硝酸得到的電子數越少，濃硝酸的還原產物主要為NO2、稀硝酸的還原產物為NO。實驗室中，常用Cu與濃HNO3反應制取NO2，用Cu與稀HNO3反應制取NO。

(1)請寫出實驗室中用Cu與稀HNO3反應制取NO的化學方程式并用雙線橋標明電子的轉移方向及數目_________________

(2)64gCu與適量的濃HNO3反應，銅全部作用后，共收集到22.4L氣體(標準狀況下)，反應中消耗的HNO3的物質的量是_________(填字母代號)。

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

產生的氣體分別是_______________，其物質的量之比是_______________

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

(4)硝酸的還原產物NO、NO2、N2O等對環境均有副作用，為了可持續發展，當今社會提出的一個新概念--“綠色化學”，它要求從經濟、環保和技術上設計可行的化學反應，則下列由單質銅制取硝酸銅的方法可行且符合“綠色化學”的是_______(填字母代號)。

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反應書寫硝酸銅、NO與水；所含元素化合價升高的物質發生氧化反應，氧化劑得到電子，硝酸是氧化劑，結合N元素化合價變化計算轉移電子；

(2)Cu與硝酸反應生成Cu(NO3)2、NO2、NO，根據Cu元素守恒計算n[Cu(NO3)2]，根據N元素守恒計算反應中消耗HNO3的物質的量；

(3)所給的物質中，HNO3中氮元素化合價位于最高價，具有氧化性，對應還原產物為NO，能將還原性的FeSO4氧化為Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3；根據電子轉移守恒、電荷守恒、原子守恒配平離子方程式；

(4)A．銅與硝酸反應會產生一氧化氮、二氧化氮；

B．N元素被完全利用，沒有污染物生成，該途徑符合綠色化學原理；

C．氧化銅與水不反應；

D．銅與稀硫酸不反應，不能制得硫酸銅；銅與濃硫酸反應會產生二氧化硫氣體。

(1) Cu與稀HNO3反應生成硝酸銅、一氧化氮和水，化學方程式為：3Cu+8HNO3(濃)= 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，該反應中，銅元素由反應前單質Cu的0價變為反應后Cu(NO3)2中的+2價，化合價升高，失去2e-，發生氧化反應，N元素的化合價由反應前硝酸中的+5價變為反應后NO中的+2，化合價降低，獲得3e-，電子得失最小公倍數是6，所以Cu、Cu(NO3)2的系數為3，HNO3、NO的系數為2，由于還有3個Cu(NO3)2中的6個NO3-沒有參加氧化還原反應，也是由硝酸提供，所以HNO3的系數改為2+6=8，根據H元素原子守恒，可知水的系數為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的量為1mol，根據n[Cu(NO3)2]=1mol可知未參加氧化還原反應，表現為酸性的硝酸的物質的量為2mol，故反應共消耗硝酸的物質的量為n(HNO3)=1mol+2mol=3mol，合理選項是D；

反應的Cu物質的量是1mol，失去2mol電子，開始硝酸為濃硝酸，被還原產生NO2，隨著反應的進行，硝酸變為稀硝酸，硝酸被還原變為NO，假設NO2物質的量為x，則NO物質的量為(1-x)，根據電子守恒，可得x+3(1-x)=2，解得x=0.5mol，1-x=0.5mol，故二者的物質的量的比為1：1；

(3)所給的物質中，HNO3中氮元素化合價位于最高價，具有氧化性，對應還原產物為NO，能將還原性的FeSO4氧化為Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3，根據電子守恒、原子守恒，可得發生的反應為：4HNO3+3FeSO4→Fe(NO3)3+ Fe2(SO4)3+NO↑+2H2O；

(4)A．銅與硝酸反應會產生一氧化氮、二氧化氮等大氣污染物，A錯誤；

B．N元素被完全利用，沒有污染物生成，該途徑符合綠色化學原理，B正確；

C．該流程中氧化銅與水不反應，不能制得硝酸銅，C錯誤；

D．該途徑中銅與稀硫酸不反應，不能制得硫酸銅；銅與濃硫酸反應會產生二氧化硫氣體，污染大氣，D錯誤，

故合理選項是B。