Question

圖1是化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計的銅與稀硝酸反應(yīng)的兩個實(shí)驗(yàn)裝置圖．其中裝置Ⅰ為甲同學(xué)設(shè)計．（可能用到的相對原子質(zhì)量：H：1  C：12   N：14   O：16   Cu：64  ）
請回答下列問題：
（1）銅與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式為

3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O

．
（2）乙同學(xué)認(rèn)為裝置Ⅰ中收集的氣體不能確定銅與稀硝酸反應(yīng)生成的是NO氣體，理由是

NO₂與水反應(yīng)也可產(chǎn)生NO：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，故不能肯定生成的NO氣體是來自于銅與稀硝酸反應(yīng)

．于是他設(shè)計裝置Ⅱ，其中裝銅片的是氣球．
（3）化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組的其它同學(xué)對上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究，認(rèn)為裝置Ⅱ只能定性研究銅與硝酸的反應(yīng)，他們又重新設(shè)計了一套實(shí)驗(yàn)，裝置圖如圖2：a中盛有標(biāo)況下的空氣（氧氣占五分之一）和10mL，1.2mol/L硝酸的250mL燒瓶．b是未充氣（實(shí)驗(yàn)開始前內(nèi)部沒有氣體）放有0.384g銅粉的氣球．（整套裝置已經(jīng)過氣密性檢查合格．）他們做了以下實(shí)驗(yàn)，請?zhí)顚懹嘘P(guān)空白：
①將氣球中的銅粉小心倒入燒瓶中，充分反應(yīng)后發(fā)現(xiàn) 銅粉有余（設(shè)產(chǎn)生的氣體不溶解于溶液中），則可觀察到的是

溶液變藍(lán)色，燒瓶內(nèi)氣體由無色繼而變成紅色，氣球脹大

；
②將燒瓶不斷振蕩發(fā)現(xiàn)氣球逐漸縮小，發(fā)生有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式是：

NO₂+O₂+2H₂O═4HNO₃、或4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃

；
③打開彈簧夾將二氧化碳慢慢推入干燥管內(nèi)繼續(xù)振蕩，使氣體與氣體、溶液充分接觸，欲使所有的銅粉都溶解，至少需要推入二氧化碳

38.4

ml；
④將上述全過程用一個總的化學(xué)方程式表示：

2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O

．

Answer 1

分析：（1）Cu與稀硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、NO和水；
（2）裝置Ⅰ中利用排水法收集；
（3）①含銅離子的溶液為藍(lán)色、NO與氧氣反應(yīng)；
②氣球逐漸縮小，則氣體逐漸減少，氮的氧化物轉(zhuǎn)化為硝酸；
③利用2Na₂O₂+2CO₂═2Na₂CO₃+O₂、2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O計算；
④Cu與硝酸、氧氣反應(yīng)生成硝酸銅和水．

解答：解：（1）Cu與稀硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、NO和水，發(fā)生的離子反應(yīng)為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）裝置Ⅰ中利用排水法收集，因?yàn)镹O₂與水反應(yīng)也可產(chǎn)生NO：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，故不能肯定生成的NO氣體是來自于銅與稀硝酸反應(yīng)，
故答案為：NO₂與水反應(yīng)也可產(chǎn)生NO：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，故不能肯定生成的NO氣體是來自于銅與稀硝酸反應(yīng)；
（3）①Cu與硝酸生成硝酸銅溶液，生成NO氣體，NO與氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，則觀察到溶液變藍(lán)色，燒瓶內(nèi)氣體由無色繼而變成紅色，氣球變大，
故答案為：溶液變藍(lán)色，燒瓶內(nèi)氣體由無色繼而變成紅色，氣球脹大；
②氣體逐漸減少，氮的氧化物轉(zhuǎn)化為硝酸發(fā)生NO₂+O₂+2H₂O═4HNO₃、或4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，
故答案為：NO₂+O₂+2H₂O═4HNO₃、或4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃；
③n（Cu）=

0.384g

64g/mol

=0.006mol，由3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，被硝酸氧化的Cu為

0.01L×1.2mol/L× 1 4 ×3

2

=0.0045mol/L，
則被氧氣氧化的Cu為0.006mol-0.0045mol=0.0015mol，
由2Na₂O₂+2CO₂═2Na₂CO₃+O₂、
4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，
3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
總反應(yīng)為2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O可知，
2Cu～O₂～2CO₂，n（O₂）=0.003mol×22.4L/mol=0.0672L=67.2mL，
a中盛有標(biāo)況下的空氣（氧氣占五分之一），燒瓶為250mL，
則氧氣占（250-10）×0.25=48mL，
所以參加反應(yīng)的氧氣為67.2mL-48mL=19.2mL，
V（CO₂）=2×19.2mL=38.4mL，故答案為：38.4mL；
④上述過程的總反應(yīng)為2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O，故答案為：2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O．

點(diǎn)評：本題考查實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計，明確實(shí)驗(yàn)步驟及物質(zhì)的性質(zhì)是解答本題的關(guān)鍵，注意（3）中③利用氧化還原反應(yīng)進(jìn)行計算是解答的難點(diǎn)，題目難度中等．