Question

硝酸是一种强氧化性、腐蚀性的强酸，其还原产物因硝酸浓度的不同而有变化，从总体上说，硝酸浓度越高，平均每分子硝酸得到的电子数越少，浓硝酸的还原产物主要为NO₂，稀硝酸的还原产物主要为NO．实验室中，常用Cu与浓HNO₃反应制取NO₂，用Cu与稀HNO₃反应制取NO．
（1）请写出实验室中用Cu与浓HNO₃反应制取NO₂的化学方程式：

 

．
（2）该反应中发生氧化反应的物质是

 

，1mol氧化剂

 

（填“得到”或“失去”）

 

 mol电子．
（3）48.0gCu与适量的浓HNO₃反应，铜全部作用后，共收集到22.4L气体（标准状况下），反应中消耗HNO₃的物质的量可能是

 

．
A．1.5mol       B．2.0mol       C．2.5mol        D．3.0mol
（4）实际上硝酸不仅可被还原为NO₂或NO，浓度更稀时硝酸还可以被还原为N₂O、N₂、NH₄NO₃等．请将3种物质：FeSO₄、Fe（NO₃）₃和Fe₂（SO₄）₃分别填入对应的横线上，组成一个未配平的化学方程式．
HNO₃+

 

 

+N₂O↑+H₂O，
写出配平后的离子方程式为

 

．
（5）硝酸的还原产物NO、NO₂、N₂O等对环境均有副作用，为了可持续发展，当今社会提出的一个新概念--“绿色化学”，它要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应，则下列由单质铜制取硝酸铜的方法可行且符合“绿色化学”的是

 

A．Cu

HNO3

Cu（NO₃）₂
B．Cu

O2

CuO

HNO3

Cu（NO₃）₂
C．Cu 

O2

CuO

H2O

Cu（OH）₂

HNO3

Cu（NO₃）₂   
D．Cu

H2SO4

CuSO₄

Ba(NO3)2

Cu（NO₃）₂．

Answer 1

考点：硝酸的化学性质,氧化还原反应,氧化还原反应方程式的配平,制备实验方案的设计

专题：元素及其化合物

分析：（1）铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮与水；
（2）所含元素化合价升高的物质发生氧化反应；氧化剂获得电子，发生还原反应，结合N元素化合价变化计算转移电子；
（3）铜和硝酸反应，随着浓度的减少，硝酸的还原产物的价态越低，铜和浓硝酸反应生成NO₂，而与稀硝酸反应时则生成NO，故生成的气体可能只有NO₂或NO₂和NO混合物，由于每个气体分子都含有1个N原子，故气体的物质的量等于被还原的硝酸的物质的量，根据生成硝酸铜的物质的量可知表现酸性的硝酸的物质的量，这两部分硝酸的质量即为消耗的硝酸的质量；
（4）所给的物质组合中，HNO₃中氮元素化合价位于最高价，具有氧化性，对应还原产物为NO₂，能将还原性的FeSO₄氧化为Fe₂（SO₄）₃，根据氢原子守恒，水在生成物中，配平完成方程式；
元素处于最高价只有氧化性，元素居于低价有还原性，根据所给物质的化合价情况及电子转移守恒、原子守恒来分析解答；
（5）制备硝酸铜，要符合绿色化学的要求方案，应杜绝生成污染性气体，且实验步骤少，消耗原料较少，以此解答该题．

解答： 解：（1）铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮与水，反应方程式为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
（2）反应中Cu元素化合价升高，发生氧化反应，硝酸是氧化剂，获得电子，其化合价由+5降低为+4，故1mol硝酸完全其氧化剂作用，转移电子为1mol，
故答案为：Cu；得到；1；
（3）铜和硝酸反应，随着浓度的减少，硝酸的还原产物的价态越低，铜和浓硝酸反应生成NO₂，而与稀硝酸反应时则生成NO，故生成的气体可能只有NO₂或NO₂和NO混合物，由于每个气体分子都含有1个N原子，故气体的物质的量等于被还原的硝酸的物质的量，
n（气体）=

22.4L

22.4L/mol

=1mol，即被还原的硝酸的物质的量为1mol，
n（Cu）=

48g

64g/mol

=0.75mol，则生成n[Cu（NO₃）₂]=0.75mol，可知表现酸性的硝酸的物质的量为0.75mol×2=1.5mol，
则参加反应的硝酸的物质的量为：1.0mol+1.5mol=2.5mol，
故答案为：C；
（4）所给的物质组合中，HNO₃中氮元素化合价位于最高价，具有氧化性，对应还原产物为NO₂，能将还原性的FeSO₄氧化为Fe₂（SO₄）₃，根据氢原子守恒，水在生成物中，配平后发生的反应为：30HNO₃+24FeSO₄=8Fe（NO₃）₃+8Fe₂（SO₄）₃+3N₂O+15H₂O，
故答案为：FeSO₄；→Fe（NO₃）₃+Fe₂（SO₄）₃；8Fe²⁺+2NO₃^-+10H⁺=8Fe³⁺+N₂O↑+5H₂O；
（5）A．会生成氮的氧化物，不符合绿色化学的要求；
B．生成氧化铜与硝酸反应生成硝酸铜和水，绿色环保，符合绿色化学的要求；
C．CuO不能与水反应生成氢氧化铜，方案不可能，
D．会生成二氧化硫，不符合绿色化学的要求；
故选B．

点评：本题考查氧化还原反应基本概念、计算与配平以及对实验方案的评价等，综合考查学生分析解决问题能力，（3）中注意根据守恒思想进行计算，难度中等．