Question

（2010?沈陽二模）在研究性學習中，某實驗小組進行了銅與稀硝酸反應的實驗探究．有三位學生設計了以下三種實驗方案．如圖所示：

（1）寫出稀硝酸與銅反應的化學方程式

3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O

．
（2）甲同學用圖1裝置進行實驗，在圓底燒瓶中加入20mL 6mol/L HNO₃和2g薄銅片，在反應開始時，可觀察到水槽內的導管中水面先慢慢上升到一定高度，此后又回落，然后有氣泡從導管口冒出．試說明產生上述現象的原因

由于反應開始時產生的NO與燒瓶內空氣中O₂作用生成NO₂，NO₂溶于水并與水反應使裝置內氣壓減小，水倒吸入至一定高度后，當燒瓶中的氧氣全部消耗后，生成的NO排出導管口，即有氣泡產生

．
（3）乙同學將甲的實驗進行了改進，采用了圖2裝置進行實驗．
①在實驗中，要使B中的氣體始終保持無色，其操作是

先關閉a，開啟b和c一段時間，再關b開a

．
②如果開啟a和c，關閉b，裝置里液面上空間的體積為VmL，空氣中氧氣的體積分數為21%，實驗在標準狀況下進行，全部氧氣通過反應轉化為硝酸；實驗開始時加入的銅為mg，實驗完畢后剩余的銅為ng，所得溶液體積也是VmL．則所得溶液的物質的量濃度是

0.0125mol?L^-1

．
（4）丙同學采用圖3裝置進行實驗，將活塞打開，從U形管的長管口注入稀硝酸，一直注到U形管短管中充滿液體時，立即關閉活塞．銅與稀硝酸開始反應產生NO氣體．
①當

硝酸與銅絲脫離接觸

時反應、自動停止，在

U形管短管上部（或U形管左管上部）

處觀察到無色的NO氣體．
②為了證明Cu與稀HNO₃反應生成的氣體是NO，而不是N₂，需要的簡單操作是

再將分液漏斗的活塞慢慢打開，在分液漏斗中觀察到氣體由無色變為紅棕色

．
③圖3裝置與圖1、圖2裝置相比，優點是

能探究出銅與稀硝酸反應生成物為NO，且可以驗證NO被氧化成NO₂的過程）

．

Answer 1

分析：（1）根據金屬銅和硝酸的反應情況來書寫方程式；
（2）根據一氧化氮和二氧化氮的性質結合大氣壓強原理來解釋；
（3）一氧化氮不和氧氣結合即可避開變為二氧化氮的可能；
（4）①根據實驗裝置的工作原理來判斷反應的發生和結束情況；
②一氧化氮和氧氣反應生成硝酸的反應為：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，根據公式c=

n

V

來計算濃度；
③根據裝置特點對比來確定反應的優缺點．

解答：（1）金屬銅能和稀硝酸反應生成硝酸銅、一氧化氮和水，即3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（2）根據一氧化氮易和氧氣反應的性質，可以得出：由于反應開始時產生的NO與燒瓶內空氣中O₂作用生成NO₂，NO₂溶于水并與水反應使裝置內氣壓減小，水倒吸入至一定高度后，當燒瓶中的氧氣全部消耗后，生成的NO排出導管口，即有氣泡產生，
故答案為：由于反應開始時產生的NO與燒瓶內空氣中O₂作用生成NO₂，NO₂溶于水并與水反應使裝置內氣壓減小，水倒吸入至一定高度后，當燒瓶中的氧氣全部消耗后，生成的NO排出導管口，即有氣泡產生；
（3）①一氧化氮不和氧氣結合的途徑是先關閉a，開啟b和c一段時間，再關b開a，
故答案為：先關閉a，開啟b和c一段時間，再關b開a；
 ②一氧化氮和氧氣反應生成硝酸的反應為：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，設生成硝酸的物質的量為x，則
4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃
4    3          4
  

V×21%

22.4

     x
則

3

21%V 22.4

=

4

x

，解得x=0.0125Vmol，根據c=

n

V

，則硝酸的濃度是0.0125mol?L^-1，故答案為：0.0125mol?L^-1；
（4）①硝酸與銅絲脫離接觸時，反應即刻停止，此時在U形管短管上部（或U形管左管上部）察到無色的NO氣體，
故答案為：硝酸與銅絲脫離接觸；U形管短管上部（或U形管左管上部）；
②一氧化氮極易和氧氣反應生成紅棕色的二氧化氮，但是氮氣不具有此性質，所以可以再將分液漏斗的活塞慢慢打開，如果在分液漏斗中觀察到氣體由無色變為紅棕色，則證明Cu與稀HNO₃反應生成的氣體是NO，而不是N₂，
故答案為：再將分液漏斗的活塞慢慢打開，在分液漏斗中觀察到氣體由無色變為紅棕色；
③圖3裝置與圖1、圖2裝置相比，能探究出銅與稀硝酸反應生成物為NO，此外還可以驗證NO被氧化成NO₂的過程，
故答案為：能探究出銅與稀硝酸反應生成物為NO，且可以驗證NO被氧化成NO₂的過程．

點評：本題是一道化學實驗方案評價的知識題目，考查學生分析和解決問題的能力，難度大，綜合性強．