Question

19．鐵、銅等金屬及其化合物在日常生產(chǎn)生活中用途非常廣泛．
Ⅰ．實驗室欲制備0.3mol Cu（NO₃）₂晶體，甲、乙兩同學(xué)分別設(shè)計實驗方案如下：
甲：Cu$\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$Cu（NO₃）₂       乙：Cu$\stackrel{O_{2}}{→}$CuO $\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$Cu（NO₃）₂
（1）從綠色化學(xué)的角度分析，乙同學(xué)的方案更合理
（2）乙同學(xué)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，宜選擇B裝置（填字母序號）．

Ⅱ．某化學(xué)實驗小組通過實驗來探究一包黑色粉是否由Fe₃O₄、CuO組成探究過程如下：
（1）提出假設(shè)：
假設(shè)1．黑色粉末是CuO；
假設(shè)2．黑色粉末是Fe₃O₄；
假設(shè)3．黑色粉末是CuO和Fe₃O₄的混合物．
（2）設(shè)計探究實驗：
取少量粉末放入足量稀硫酸中，在所得溶液中滴加KSCN試劑．
①若假設(shè)1成立，則實驗現(xiàn)象是溶液顯藍色．
②若假設(shè)2或3成立，則實驗現(xiàn)象是溶液顯血紅色證明加入硫酸后生成了三價鐵離子，說明黑色物質(zhì)中含有Fe₃O₄，所以假設(shè)2或3都有可能．
為進一步探究，繼續(xù)向所得溶液加入足量鐵粉，若產(chǎn)生有紅色固體析出的現(xiàn)象，則假設(shè)3成立．
有另一小組同學(xué)提出，若混合物中CuO含量較少，可能加入鐵粉后實驗現(xiàn)象不明顯．
查閱資料：Cu²⁺與足量氨水反應(yīng)生成深藍色溶液，Cu²⁺+4NH₃•H₂O=Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O．
為探究是假設(shè)2還是假設(shè)3成立，另取少量粉末加稀硫酸充分溶解后，再加入足量氨水，若假設(shè)2成立，則產(chǎn)生紅褐色沉淀，同時溶液呈無色現(xiàn)象；若假設(shè)3成立，則產(chǎn)生紅褐色沉淀，同時溶液呈深藍色現(xiàn)象．
Ⅲ．由Fe₃O₄、FeO、CuO、Fe組成的固體混合物，在加熱條件下用足量的CO還原，得到金屬混合物2.86g，將生成的CO₂氣體用足量的澄清石灰水吸收后，產(chǎn)生5.00g白色沉淀．固體混合物的質(zhì)量是3.66g．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）評價實驗方案要從反應(yīng)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(yīng)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；
Ⅱ、（2）依據(jù)物質(zhì)的顏色結(jié)合假設(shè)1和假設(shè)2解答；硫酸與氧化銅反應(yīng)生成硫酸銅，硫酸銅溶液呈藍色；
三價鐵離子遇到KSCN顯血紅色；鐵粉與銅離子反應(yīng)置換出銅；如果假設(shè)2成立，則加入硫酸后得到的溶液中含有三價鐵離子，加入氨水后生成氫氧化鐵紅褐色沉淀；如果假設(shè)3成立則加入硫酸后溶液中既含有三價鐵離子還含有銅離子，加入足量氨水反應(yīng)生成氫氧化鐵紅褐色沉淀；銅離子與氨水發(fā)生反應(yīng)Cu²⁺+4NH₃•H₂O═Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O，鹽酸變?yōu)樯钏{色．
Ⅲ、發(fā)生的有關(guān)反應(yīng)為：Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Fe+4CO₂，F(xiàn)eO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+CO₂，CuO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO₂，根據(jù)反應(yīng)方程式判斷CO₂中的O原子來源于CO和金屬氧化物，CO₂的物質(zhì)的量等于金屬氧化物中氧原子的物質(zhì)的量，計算出氧化物中氧元素的質(zhì)量，金屬氧化物的質(zhì)量等于金屬的質(zhì)量加氧化物中氧元素的質(zhì)量．

解答 解：Ⅰ、（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(yīng)產(chǎn)生硝酸銅和水，因此反應(yīng)過程中沒有污染物，且原料的利用率高；
故答案為：乙；
（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；
Ⅱ、（2）該物質(zhì)是黑色固體，也可能既含有CuO又含有Fe₃O₄黑色粉末，或是CuO和Fe₃O₄的混合物；
硫酸與氧化銅發(fā)生反應(yīng)：CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，硫酸銅溶液顯藍色，若假設(shè)1成立，實驗現(xiàn)象為：溶液顯藍色，三價鐵離子與KSCN試劑絡(luò)合成紅色絡(luò)合物，所以如果所得溶液顯血紅色，證明加入硫酸后生成了三價鐵離子，說明黑色物質(zhì)中含有Fe₃O₄，所以假設(shè)2或3都有可能，鐵粉與銅離子發(fā)生反應(yīng)：2Cu²⁺+Fe=3Fe²⁺+Cu，所以如果產(chǎn)生紅色物質(zhì)，證明溶液中存在銅離子，則黑色固體中含有CuO，故假設(shè)3正確；
如果假設(shè)2成立，則加入硫酸后得到的溶液中含有三價鐵離子，加入氨水后生成氫氧化鐵紅褐色沉淀；如果假設(shè)3成立則加入硫酸后溶液中既含有三價鐵離子還含有銅離子，加入足量氨水反應(yīng)生成氫氧化鐵紅褐色沉淀；銅離子與氨水發(fā)生反應(yīng)Cu²⁺+4NH₃•H₂O═Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O，鹽酸變?yōu)樯钏{色，
故答案為：所得溶液顯血紅色，證明加入硫酸后生成了三價鐵離子，說明黑色物質(zhì)中含有Fe₃O₄，所以假設(shè)2或3都有可能；有紅色固體析出；紅褐色沉淀同時溶液呈無色；紅褐色沉淀，同時溶液呈深藍色；
Ⅲ、發(fā)生的有關(guān)反應(yīng)為：Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Fe+4CO₂，F(xiàn)eO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+CO₂，CuO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO₂，根據(jù)反應(yīng)方程式判斷CO₂中的O原子來源于CO和金屬氧化物，CO₂的物質(zhì)的量等于金屬氧化物中氧原子的物質(zhì)的量，計算出氧化物中氧元素的質(zhì)量，金屬氧化物的質(zhì)量等于金屬的質(zhì)量加氧化物中氧元素的質(zhì)量，生成的CO₂為$\frac{5.00g}{100g/mol}$=0.05mol，從反應(yīng)方程式可以看出，CO₂中的O原子來源于CO和金屬氧化物，
則氧化物中氧元素的物質(zhì)的量n（O）=0.05mol，m（O）=0.05mol×16g/mol=0.8g，
所以金屬氧化物的質(zhì)量為2.86g+0.8g=3.66g；
故答案為：3.66g．

點評 本題考查了物質(zhì)成分探究實驗，題目涉及的知識點比較多，可以根據(jù)信息及所學(xué)知識，合理分析得出正確結(jié)論，題目難度較大，分析一個反應(yīng)的可行性要從多方面分析，如從反應(yīng)的可行性，環(huán)保安全，操作簡便，經(jīng)濟節(jié)能方面考慮．