Question

圖1是化學研究性學習小組設計的銅與稀硝酸反應的兩個實驗裝置圖．其中裝置Ⅰ為甲同學設計．（可能用到的相對原子質量：H：1　C：12　 N：14　 O：16　 Cu：64　）
請回答下列問題：
（1）銅與稀硝酸反應的離子方程式為______．
（2）乙同學認為裝置Ⅰ中收集的氣體不能確定銅與稀硝酸反應生成的是NO氣體，理由是______．于是他設計裝置Ⅱ，其中裝銅片的是氣球．
（3）化學研究性學習小組的其它同學對上述實驗進行了研究，認為裝置Ⅱ只能定性研究銅與硝酸的反應，他們又重新設計了一套實驗，裝置圖如圖2：a中盛有標況下的空氣（氧氣占五分之一）和10mL，1.2mol/L硝酸的250mL燒瓶．b是未充氣（實驗開始前內部沒有氣體）放有0.384g銅粉的氣球．（整套裝置已經過氣密性檢查合格．）他們做了以下實驗，請填寫有關空白：
①將氣球中的銅粉小心倒入燒瓶中，充分反應后發現 銅粉有余（設產生的氣體不溶解于溶液中），則可觀察到的是______；
②將燒瓶不斷振蕩發現氣球逐漸縮小，發生有關反應的化學方程式是：______；
③打開彈簧夾將二氧化碳慢慢推入干燥管內繼續振蕩，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______ml；
④將上述全過程用一個總的化學方程式表示：______．

Answer 1

解：（1）Cu與稀硝酸反應生成硝酸銅、NO和水，發生的離子反應為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，因為NO₂與水反應也可產生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，
故答案為：NO₂與水反應也可產生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；
（3）①Cu與硝酸生成硝酸銅溶液，生成NO氣體，NO與氧氣反應生成二氧化氮，則觀察到溶液變藍色，燒瓶內氣體由無色繼而變成紅色，氣球變大，
故答案為：溶液變藍色，燒瓶內氣體由無色繼而變成紅色，氣球脹大；
②氣體逐漸減少，氮的氧化物轉化為硝酸發生NO₂+O₂+2H₂O═4HNO₃、或4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，
故答案為：NO₂+O₂+2H₂O═4HNO₃、或4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃；
③n（Cu）==0.006mol，由3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，被硝酸氧化的Cu為=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上述過程的總反應為2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O，故答案為：2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O．
分析：（1）Cu與稀硝酸反應生成硝酸銅、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色、NO與氧氣反應；
②氣球逐漸縮小，則氣體逐漸減少，氮的氧化物轉化為硝酸；
③利用2Na₂O₂+2CO₂═2Na₂CO₃+O₂、2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O計算；
④Cu與硝酸、氧氣反應生成硝酸銅和水．
點評：本題考查實驗方案的設計，明確實驗步驟及物質的性質是解答本題的關鍵，注意（3）中③利用氧化還原反應進行計算是解答的難點，題目難度中等．