Question

甲同學釆用如圖Ⅰ所示裝置驗證銅與稀硝酸的反應，并用排水法收集NO氣體

（1）寫出試管內溶液中發生反應的化學方程式______
（2）在實驗過程中觀察到試管內的溶液呈______色；收集氣體的試管內的氣體呈______色
（3）乙同學認為甲雖然收集到的氣體是一氧化氮，但并不能說明反應中一定生成一氧化氮．他的理由是____________
有關化學方程式為：______
（4）丙同學釆用如圖Ⅱ所示裝置進行實驗，證明了銅與稀硝酸反應生成一氧化氮．該同學的步驟如下表所示，請回答實驗中的有關問題．

實驗步驟	問題
1從U型管左端加入稀硝酸直至充滿U型管右端	∥/
2用附有銅絲的膠塞塞住U型管右端，觀察現象	現象是______
3待反應停止后打開膠塞，觀察實驗現象	現象是______

（5）從環保的角度看，丙同學的實驗存在的缺陷是______．
（6）丁同學用圖Ⅲ所示裝置代替圖Ⅱ中U型管右端的附有銅絲的膠塞進行實驗，待反應停止后將一氧化氮氣體排入分液漏斗中，觀察到的實驗現象與丙同學實驗的第______步驟的相同．丁同學要將一氧化氮氣體排入分液漏斗中應進行的正確操作是①______②______③______
（7）實驗結束后丁同學向分液漏斗中注入適量水并充分振蕩，試寫出發生的化學反應方程式______
（8）若將32.64g銅與140mL一定濃度的硝酸反應，銅完全溶解，產生的NO和NO₂混合氣體在標準狀況下的體積為11.2L（不考慮NO₂的反應），試回答：
①若銅與硝剛好反應完全，則原硝酸溶液的物質的量濃度為______
②將產生的氣體全部釋放后，向溶液中加入VmL　amol?L^-1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu²⁺全部轉化為沉淀，則原硝酸溶液的物質的量濃度為______
③已知NO和NO₂的混合氣與足量氧氣混合后能被水完全吸收成硝酸，則要使上述11.2L氣體完全被水吸收成硝酸，理論上需消耗標準狀況下的氧氣______升．（保留兩位小數）；解題過程：______．

Answer 1

解：（1）銅和稀硝酸反應的方程式為：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃ ） ₂+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃ ） ₂+2NO↑+4H₂O；
（2）銅離子濃度大時，溶液呈綠色，所以觀察到溶液呈綠色；一氧化氮氣體是無色氣體，且不溶于水，所以觀察到收集的氣體是無色的．
故答案為：綠色；無色；
（3）一氧化氮不穩定，和空氣中的氧氣在容器的上部反應生成紅棕色的二氧化氮氣體，反應方程式為2NO+O₂=2NO₂．
故答案為：在銅和稀硝酸反應容器的上部看到了紅棕色氣體；2NO+O₂=2NO₂；
（4）2、銅離子濃度大時，溶液呈綠色，所以觀察到溶液呈綠色；一氧化氮氣體是無色氣體，且不溶于水，所以觀察到收集的氣體是無色的．
3、一氧化氮不穩定，和空氣中的氧氣反應生成紅棕色的二氧化氮氣體，所以在與空氣接觸后立即變成紅棕色．
故答案為：有無色氣體產生，右邊溶液逐漸變成綠色；無色氣體與空氣接觸后立即變成紅棕色；
（5）一氧化氮、二氧化氮都是有毒的氣體，不能直接排空，污染大氣，故答案為：將氮氧化合物放入空氣中會污染環境；
（6）無色氣體與空氣接觸后立即變成紅棕色，所以與第3步相同；利用外界大氣壓把溶液壓入試管中，所以要打開分液漏斗上部的塞子；使分液漏斗內的溶液進入試管，還要慢慢打開分液漏斗的活塞；防止生成的一氧化氮污染大氣，所以待液面與膠塞接觸時立即關閉活塞．
故答案為：3；打開分液漏斗上部的塞子；慢慢打開分液漏斗的活塞；待液面與膠塞接觸時立即關閉活塞；
（7）二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮，3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，故答案為：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
（8）①無論一氧化氮還是二氧化氮，一個分子中都含有一個氮原子，一個硝酸分子中含有一個氮原子，所以氣體的物質的量與參加氧化還原反應的硝酸的物質的量相等．
HNO₃--NOx
1mol 22.4L
0.5mol 11.2L
所以參加氧化還原反應硝酸的物質的量為 0.5mol．
起酸作用硝酸的物質的量為：
3Cu--6HNO₃--3Cu（NO₃ ） ₂
3mol 6mol
1.02mol
所以起酸作用硝酸的物質的量為：1.02mol，故參加反應的硝酸的物質的量為 0.5mol+1.02mol=1.52mol
所以硝酸的濃度為=10.86mol﹒L^-1
故答案為：10.86mol﹒L^-1；
②通過①知，生成氣體消耗的硝酸的物質的量為0.5mol
向溶液中加入VmL　amol?L^-1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu²⁺全部轉化為沉淀時，未參加氧化還原反應的硝酸根離子全部轉化為硝酸鈉中的硝酸根離子，根據原子守恒，硝酸、硝酸根離子、硝酸鈉、氫氧化鈉之間的關系式
HNO_3--NO₃^-_--NaNO_3--NaOH
1mol 1mol
10^-3a﹒Vmol 10^-3a﹒Vmol
所以為參加氧化還原反應的硝酸的物質的量為10^-3a﹒Vmol
所以反應的硝酸的物質的量為10^-3a﹒Vmol+0.5mol
所以原硝酸的濃度為=
故答案為：；
③設生成的一氧化氮為xmol，二氧化氮為ymol．
3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃ ） ₂+2NO↑+4H₂O
3 2
1.5xmol xmol
Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃ ） ₂+2NO₂↑+2H₂O
1 2
ymol．ymol．

所以方程組為

所以
即一氧化氮為0.26mol，二氧化氮為0.24mol．
4NO+2H₂O+3O₂=4HNO₃
4 3
0.26mol 0.195mol
4 NO₂+2H₂O+O₂=4HNO₃
4 1
0.24mol 0.06mol
所以需要氧氣0.195mol+0.06mol=0.255mol，體積為0.255mol×22.4L/mol=5.71L，
故答案為：5.71．
分析：（1）根據銅與稀硝酸的反應寫出相應的反應方程式；
（2）根據銅離子、一氧化氮的顏色分析；
（3）根據觀察到的現象確定并寫出反應方程式；
（4）根據生成物的顏色推斷現象；根據一氧化氮的性質推斷現象；
（5）根據氮氧化物的性質分析；
（6）①根據氮原子守恒用氣體的物質的量計算硝酸的物質的量；
②根據生成的氣體計算參加氧化還原反應的硝酸，根據氫氧化鈉計算未參加氧化還原反應的硝酸，這兩部分硝酸即為參加反應的硝酸，然后根據濃度公式計算．
③根據銅和氣體的量列方程組計算生成的一氧化氮、二氧化氮的物質的量，再根據一氧化氮、二氧化氮與氧氣反應的關系計算氧氣的體積．
點評：本題以硝酸的性質為載體考查了氧化還原反應的有關計算，本題計算量較大，所以計算時要認真、仔細，否則容易出錯；要注意反應中部分硝酸參加氧化還原反應，運用原子守恒的解題方法較方便．