Question

某興趣小組設計出下圖所示裝置來進行“銅與硝酸反應”實驗，以探究化學實驗的綠色化．
（1）實驗前，關閉活塞b，試管d中加水至浸沒長導管口，塞緊試管c和d的膠塞，加熱c，其目的是

檢查裝置氣密性

．
（2）在d中加適量NaOH溶液，c中放一小塊銅片，由分液漏斗a向c中加入2mL濃硝酸．c中反應的化學方程式是

Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O

；再由a向c中加2mL蒸餾水，c中的實驗現象是

反應變緩，氣體顏色變淡

．
（3）上表是制取硝酸銅的三種方案，能體現綠色化學理念的最佳方案是

丙

，原因是

耗酸量最少，無污染

．
（4）該小組還用上述裝置進行實驗證明氧化性KMnO₄＞Cl₂＞Br₂，則c中加入的試劑是

KMnO₄

d中加入的試劑是

KBr溶液（含Br^-的溶液）

，實驗現象為

c中有黃綠色氣體產生，d中溶液變為黃棕色

；但此實驗的不足之處是

沒有處理尾氣

．

Answer 1

分析：（1）根據檢查裝置的氣密性；
（2）根據銅與濃硝酸反應得到硝酸銅、二氧化氮和水；根據二氧化氮能與水反應；
（3）根據制備過程中耗酸量最少，無污染的原則；
（4）根據氧化還原反應中氧化劑的氧化性大于氧化產物的氧化性，利用KMnO₄與濃鹽酸反應，再利用產生的氯氣與KBr溶液反應得到溴，同時要注意尾氣吸收；

解答：解：（1）因實驗前要檢查裝置氣密性，這是檢查裝置氣密性的常見方法，故答案為：檢查裝置氣密性；
（2）因銅與濃硝酸反應：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，由a向c中加2mL蒸餾水，硝酸進行的稀釋，反應變緩，同時因二氧化氮能與水反應：3NO₂+2H₂O=2HNO₃+NO，c中氣體顏色變淺，故答案為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；反應變緩，氣體顏色變淡；
（3）銅與濃硝酸制取硝酸銅時的方程式是：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，生成的NO₂會造成大氣污染，硝酸的利用率為

1

2

；
銅與稀硝酸制取硝酸銅時的方程式是：3Cu+8HNO₃（稀）=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，生成的NO也會造成大氣污染，硝酸的利用率為

3

4

；
此過程用方程式可表示為：2Cu+O₂

△   .

2CuO，CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O，從過程可以看出該過程不會產生有毒氣體，環保且沒有多消耗原料，故答案為：丙；耗酸量最少，無污染；
（4）根據氧化還原反應中氧化劑的氧化性大于氧化產物的氧化性，利用KMnO₄與濃鹽酸反應：2KMnO4KMnO₄+16HCl=2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O，
再利用產生的氯氣與KBr溶液反應得到溴：Cl₂+2KBr=2KCl+Br₂，所以c中有黃綠色氣體產生，d中溶液變為黃棕色，同時要注意尾氣吸收，
故答案為：KMnO₄；KBr溶液（含Br^-的溶液）；c中有黃綠色氣體產生，d中溶液變為黃棕色；沒有處理尾氣．

點評：本題以教材中現有實驗的缺陷為命題的出發點，將改進優化的過程設計成一個探究性的試題，旨在考查學生的基礎知識、分析問題解決問題的能力、實驗操作與實驗方案的評價能力、綠色化學的觀點等．