Question

【題目】化學小組探究銅與硝酸反應的快慢及產物。

(1)實驗甲：將銅片放入盛有稀HNO3的試管中，開始無明顯現象，后逐漸有小氣泡生成，該氣體是______。在液面上方出現淺紅棕色氣體，溶液呈藍色。

(2)實驗乙：銅與濃HNO3反應，裝置、現象如下：

實驗裝置	實驗現象
	A中：最初反應較慢，隨后加快，反應劇烈；產生紅棕色氣體；溶液呈綠色。 B中：溶液呈淡藍色。

①A中銅與濃HNO3產生紅棕色氣體的化學方程式是 ______。

②實驗現象“最初反應較慢，隨后加快”的原因可能是 ______。

(3)有文獻記載：銅與濃HNO3反應一旦發生就變快，是因為開始生成的NO2溶于水形成HNO2(弱酸，不穩定)，它再和Cu反應，反應就加快。實驗探究如下：

I：向 1 mL濃硝酸中加入幾滴30% H2O2溶液、銅片，反應較慢，溶液呈藍色。

II：向1 mL濃硝酸中加入幾滴30% H2O2溶液，無明顯變化。

①I中反應變慢的原因是 ______。

②NO2與H2O反應生成HNO2和 ______。

③對生成HNO2后反應變快的原因進行實驗探究。

序號	實驗操作	實驗現象
III	取B中溶液，加入一定量固體，再加入銅片	立即產生無色氣體；液面上方呈紅棕色
IV	取B中溶液，放置一段時間，溶液變為無色后，再加入銅片	產生無色氣體，較Ⅲ慢；液面上方呈淺紅棕色

a．III中加入的固體為______。

b．IV中“放置一段時間”的目的是 ______。

實驗III、IV可以說明，HNO2氧化Cu的反應速率比HNO3氧化Cu的反應快。

(4)化學小組同學結合實驗甲、乙中HNO3被還原后的氣體產物以及實驗III的產物，綜合上述實驗，分析判斷甲中反應慢的原因，除了硝酸起始濃度小、反應過程中溫度較低外，另一個重要原因是 ______。

Answer 1

【答案】NO Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 反應放熱，隨著反應的進行，體系溫度升高 H2O2與HNO2發生反應使HNO2濃度降低 HNO3 NaNO2 使HNO2完全分解 稀硝酸不能將NO氧化為NO2，體系中不能發生NO2與H2O生成HNO2的反應

【解析】

(1)Cu與稀硝酸反應生成Cu(NO3)2、NO和水，NO與O2反應產生紅棕色NO2；

(2)Cu與濃硝酸反應生成硝酸銅、NO2和水，根據反應放熱及溶液濃度變化分析反應速率的變化；

(3)①根據HNO2濃度大小對反應速率的影響分析；

②根據氧化還原反應規律判斷；

③加入的物質可以與溶液中H+反應產生HNO2即可；根據HNO2的不穩定性及其濃度的影響分析放置一段時間的反應現象；

(4)根據能否產生HNO2及HNO2的強氧化性分析判斷。

(1)Cu與稀硝酸反應生成Cu(NO3)2、NO和H2O，無色氣體遇空氣變為紅棕色，說明該無色氣體是NO，在室溫下NO與O2反應產生紅棕色NO2；

(2)①Cu與濃硝酸反應生成Cu(NO3)2、NO2和H2O，根據原子守恒、電子守恒，可得該反應的化學方程式為：Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

②該反應是放熱反應，隨著反應的進行，溶液溫度升高，因此一旦發生反應速率就變快，后當反應一段時間，硝酸濃度降低，溶液濃度對速率的影響占優勢，溶液濃度降低，反應速率又逐漸減小；

(3)①I中反應變慢是由于H2O2與HNO2發生反應使HNO2濃度降低，導致速率減慢；

②NO2中N是+4價，NO2與H2O反應生成HNO2中N是+3價，化合價降低，根據氧化還原反應過量，必然同時有元素化合價升高，根據各種元素化合價特點，還產生了+5價的HNO3，反應方程式為：2NO2+H2O=HNO2+HNO3；

③a.在B溶液中含有NO2與H2O反應產生的HNO2、HNO3，HNO3是強酸，完全電離，而HNO2是弱酸，在溶液中存在電離平衡，向實驗III的B溶液中加入的固體后要反應產生HNO2，使HNO2濃度增大，則加入的物質含有NO2-，可以是NaNO2、KNO2等，HNO3與NaNO2發生復分解反應產生HNO2，使溶液中HNO2濃度增大，再加入Cu后快速反應，Cu被氧化產生Cu(NO3)2；

b. HNO2不穩定，會發生分解反應，在IV中“放置一段時間”的目的是使HNO2完全分解；

(4)分析判斷甲中反應慢的原因，除了硝酸起始濃度小、反應過程中溫度較低外，還有另一個重要原因就是稀硝酸氧化性弱，不能將NO氧化為NO2，在反應體系中不能發生NO2與H2O生成HNO2的反應。