Question

2．某興趣小組設(shè)計(jì)出如圖所示裝置來進(jìn)行“銅與硝酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，以探究化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化．
（1）實(shí)驗(yàn)前，關(guān)閉活塞b，試管d中加水至浸沒長(zhǎng)導(dǎo)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(yīng)的化學(xué)方程式是Cu+4HNO₃=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O．
再由a向c中加2mL蒸餾水，c中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是反應(yīng)變緩，紅棕色氣體逐漸變?yōu)闊o(wú)色．
（3）如表是制取硝酸銅的三種方案，能體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的最佳方案是丙，理由是制取等量的硝酸銅時(shí)，丙方案耗酸量最少、無(wú)污染物（NO_X）產(chǎn)生．

方    案	反  應(yīng)  物
甲	Cu、濃HNO3
乙	Cu、稀HNO3
丙	Cu、O2、稀HNO3

（4）該小組還用上述裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證明氧化性KMnO₄＞Cl₂＞Br₂．操作步驟為：a中加入濃鹽酸，c中加入高錳酸鉀，d中加入溴化鉀溶液、打開b由a向c中加入濃鹽酸實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為c中有黃綠色氣體產(chǎn)生，d中溶液由無(wú)色變?yōu)槌赛S色；但此實(shí)驗(yàn)的不足之處是無(wú)尾氣處理裝置，會(huì)污染環(huán)境．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)前要檢查裝置氣密性；
（2）銅與濃硝酸反應(yīng)得到硝酸銅、二氧化氮和水；二氧化氮能與水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮；
（3）根據(jù)制備過程中耗酸量最少，無(wú)污染的原則進(jìn)行判斷；
（4）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中氧化劑的氧化性大于氧化產(chǎn)物的氧化性，利用KMnO₄與濃鹽酸反應(yīng)，再利用產(chǎn)生的氯氣與KBr溶液反應(yīng)得到溴，同時(shí)要注意尾氣吸收．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)前要檢查裝置氣密性，實(shí)驗(yàn)前，關(guān)閉活塞b，試管d中加水至浸沒長(zhǎng)導(dǎo)管口，塞緊試管c和d的膠塞，加熱c，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）銅與濃硝酸反應(yīng)得到硝酸銅、二氧化氮和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu+4HNO₃=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；由a向c中加2mL蒸餾水，硝酸進(jìn)行的稀釋，反應(yīng)變緩，同時(shí)二氧化氮能與水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮，故c中氣體顏色紅棕色氣體逐漸變?yōu)闊o(wú)色，
故答案為：Cu+4HNO₃=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；反應(yīng)變緩，紅棕色氣體逐漸變?yōu)闊o(wú)色；
（3）甲：銅與濃硝酸制取硝酸銅時(shí)的方程式是：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，生成的NO₂會(huì)造成大氣污染，硝酸的利用率為50%；
乙：銅與稀硝酸制取硝酸銅時(shí)的方程式是：3Cu+8HNO₃（�。�=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，生成的NO也會(huì)造成大氣污染，硝酸的利用率為75%；
丙：此過程用方程式可表示為：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O，從過程可以看出該過程不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，環(huán)保且沒有多消耗原料，故能體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的最佳方案是丙，
故答案為：丙；制取等量的硝酸銅時(shí)，丙方案耗酸量最少；無(wú)污染物（NO_X）產(chǎn)生；
（4）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中氧化劑的氧化性大于氧化產(chǎn)物的氧化性，利用KMnO₄與濃鹽酸反應(yīng)：2KMnO₄+16HCl=2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O，
再利用產(chǎn)生的氯氣與KBr溶液反應(yīng)得到溴：Cl₂+2KBr=2KCl+Br₂，操作步驟為a中加入濃鹽酸，c中加入高錳酸鉀，d中加入溴化鉀溶液，打開b由a向c中加入濃鹽酸，現(xiàn)象為c中有黃綠色氣體產(chǎn)生，d中溶液變?yōu)槌壬�，同時(shí)要注意尾氣吸收，防止污染空氣，
故答案為：a中加入濃鹽酸，c中加入高錳酸鉀，d中加入溴化鉀溶液；打開b由a向c中加入濃鹽酸；c中有黃綠色氣體產(chǎn)生，d中溶液由無(wú)色變?yōu)槌赛S色；無(wú)尾氣處理裝置，會(huì)污染環(huán)境．

點(diǎn)評(píng) 本題是教材中現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)優(yōu)化的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，題目難度中等．側(cè)重學(xué)生分析問題、解決問題的能力和綠色化學(xué)的觀點(diǎn)的培養(yǎng)．