Question

13．工業(yè)上以銅屑、濃硝酸、水為主要原料生產(chǎn)硝酸銅，試運用所學(xué)的化學(xué)知識，設(shè)計出三種不同的制取硝酸銅的生產(chǎn)路線．
（1）第一種方案是銅與氧氣反應(yīng)制得氧化銅，氧化銅與濃硝酸反應(yīng)制得硝酸銅化學(xué)方程式是2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O
（2）第二種方案是銅與濃硝酸制取硝酸銅化學(xué)方程式是Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O
（3）第三種方案是銅與稀硝酸制取硝酸銅化學(xué)方程式是3Cu+8HNO₃（�。�=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
（4）從資源的有效利用和環(huán)境保護兩個方面對上述三種生產(chǎn)路線進行簡要評析方案一不會產(chǎn)生有毒氣體，環(huán)保且沒有多消耗原料，第二方案有二氧化氮產(chǎn)生且原料消耗多，第三種方案有一氧化氮污染空氣同時消耗的硝酸也比方案一多，所以方案一的方法最為合理
（5）為制得純凈硝酸銅、要除去鐵、鈷、鎳等雜質(zhì)，實際操作是：
①在制得的硝酸銅溶液里加入氧化銅，調(diào)節(jié)溶液pH為4后通入過熱水蒸氣，使Fe（OH）₂沉淀析出并過濾除去
②將所得溶液蒸發(fā)并析出Cu（NO₃）₂.6H₂O晶體，簡析其化學(xué)原理，丙寫出相關(guān)的化學(xué)方程式．

Answer 1

分析 工業(yè)上以銅屑、濃硫酸、水為主要原料生產(chǎn)硝酸銅，可以用銅與濃硝酸反應(yīng)，也要以用銅在空氣中加熱氧化得氧化銅再與硝酸反應(yīng)得硝酸銅，或者將濃硝酸稀釋成稀硝酸，用銅與稀硝酸反應(yīng)制取硝酸銅，一氧化氮和二氧化氮對環(huán)境污染，在制得的硝酸銅溶液里含有硝酸，加入氧化銅，氧化銅與酸反應(yīng)，調(diào)節(jié)溶液pH為4后通入過熱水蒸氣，鐵離子水角，使Fe（OH）₃沉淀析出并過濾除去，將所得溶液蒸發(fā)濃縮、蒸發(fā)結(jié)晶，析出Cu（NO₃）₂.6H₂O晶體，據(jù)此答題．

解答 解：工業(yè)上以銅屑、濃硫酸、水為主要原料生產(chǎn)硝酸銅，可以用銅與濃硝酸反應(yīng)，也要以用銅在空氣中加熱氧化得氧化銅再與硝酸反應(yīng)得硝酸銅，或者將濃硝酸稀釋成稀硝酸，用銅與稀硝酸反應(yīng)制取硝酸銅，一氧化氮和二氧化氮對環(huán)境污染，在制得的硝酸銅溶液里含有硝酸，加入氧化銅，氧化銅與酸反應(yīng)，調(diào)節(jié)溶液pH為4后通入過熱水蒸氣，鐵離子水角，使Fe（OH）₃沉淀析出并過濾除去，將所得溶液蒸發(fā)濃縮、蒸發(fā)結(jié)晶，析出Cu（NO₃）₂.6H₂O晶體，
（1）第一種方案是將銅與氧氣反應(yīng)制得氧化銅，氧化銅與濃硝酸反應(yīng)制得硝酸銅，化學(xué)方程式是2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O，
故答案為：銅與氧氣反應(yīng)制得氧化銅，氧化銅與濃硝酸反應(yīng)制得硝酸銅；2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O；
（2）第二種方案是 銅與濃硝酸制取硝酸銅，化學(xué)方程式是 Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，
故答案為：銅與濃硝酸制取硝酸銅；Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
（3）第三種方案是 銅與稀硝酸制取硝酸銅，化學(xué)方程式是 3Cu+8HNO₃（�。�=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
故答案為：銅與稀硝酸制取硝酸銅；3Cu+8HNO₃（�。�=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（4）從上述三種方案的過程可以看出，方案一不會產(chǎn)生有毒氣體，環(huán)保且沒有多消耗原料，第二方案有二氧化氮產(chǎn)生且原料消耗多，第三種方案有一氧化氮污染空氣同時消耗的硝酸也比方案一多，所以方案一的方法最為合理，
故答案為：方案一不會產(chǎn)生有毒氣體，環(huán)保且沒有多消耗原料，第二方案有二氧化氮產(chǎn)生且原料消耗多，第三種方案有一氧化氮污染空氣同時消耗的硝酸也比方案一多，所以方案一的方法最為合理；
（5）為制得純凈硝酸銅、要除去鐵、鈷、鎳等雜質(zhì)，在制得的硝酸銅溶液里含有硝酸，加入氧化銅，氧化銅與酸反應(yīng)，調(diào)節(jié)溶液pH為4，反應(yīng)方程式為CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O，后通入過熱水蒸氣，鐵離子水解，使Fe（OH）₃沉淀析出并過濾除去，反應(yīng)方程式為Fe³⁺+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（OH）₃↓+3H⁺，將所得溶液蒸發(fā)濃縮、蒸發(fā)結(jié)晶，析出Cu（NO₃）₂.6H₂O晶體，
答：在制得的硝酸銅溶液里含有硝酸，加入氧化銅，氧化銅與酸反應(yīng)，調(diào)節(jié)溶液pH為4，反應(yīng)方程式為CuO+2HNO₃=Cu（NO₃）₂+H₂O，后通入過熱水蒸氣，鐵離子水解，使Fe（OH）₃沉淀析出并過濾除去，反應(yīng)方程式為Fe³⁺+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（OH）₃↓+3H⁺，將所得溶液蒸發(fā)濃縮、蒸發(fā)結(jié)晶，析出Cu（NO₃）₂.6H₂O晶體．

點評 本題以硝酸銅的制備為命題的出發(fā)點，將改進優(yōu)化的過程設(shè)計成一個探究性的試題，旨在考查學(xué)生的基礎(chǔ)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(xué)的觀點等．