Question

如圖1所示，某興趣小組同學將銅片加入稀硝酸，發現開始時氣泡產生速率非常慢，一段時間后速率明顯加快，燒瓶內溶液呈淺藍色并不斷加深，液面上方的氣體顏色也在不斷加深。該小組同學擬通過實驗探究反應速率變化的原因。

圖 1                                    圖 2
（1）圖1中銅與稀硝酸反應的離子方程式為                                       ；
用離子方程式表示NaOH溶液所起的作用                                       ；
（2）小組同學提出了如下假設并設計實驗探究：
Ⅰ.甲同學認為是反應放熱導致溶液溫度升高所致，完成此實驗還需要的儀器是       ；
測定反應過程中溶液不同時間的溫度，結果如下表：

時間/min	0	5	10	15	20	25	35	50	60	70	80
溫度/℃	25	26	26	26	26	26	26.5	27	27	27	27

 
結合實驗目的和表中數據，你得出的結論是                                     ；
Ⅱ.乙同學認為生成的Cu²⁺對反應有催化作用，為驗證此假設，取A、B兩支試管分別加入等量的銅片和稀硝酸，那么最好是在其中一支試管中加入少量的           （填序號）。
A.硝酸銅晶體        B.硝酸銅溶液        C.硫酸銅晶體        D.硫酸銅溶液
然后對比兩支試管的反應，發現現象基本相同。因此得出結論：Cu²⁺并不是反應的催化劑。
Ⅲ. 丙同學根據現象推測反應過程中還有少量       生成，進而認為該物質對反應有催化作用，如圖2所示，實驗中丙同學從a處通入該物質后，發現左管中產生氣泡速率明顯快于右管。小組同學得出最后結論：這種物質對銅和稀硝酸的反應有催化作用。
（3）實驗結束后，發現試管中溶液呈綠色，而不顯藍色。部分同學認為是該溶液中硝酸銅的質量分數較高所致，另一部分同學認為是該溶液中溶解了通入的物質。請你設計一個實驗方案來證明哪種假設正確。(寫出實驗操作、實驗現象和結論)                                                    。

Answer 1

（1）3Cu + 8H⁺ + 2NO₃^?＝3Cu²⁺ + 2NO↑ + 4H₂O （2分）
NO + NO₂ + 2OH^?＝2NO₂^? + H₂O（2分）
（2）Ⅰ.溫度計 （2分）        溫度不是速率明顯加快的主要原因（2分）
Ⅱ.A（2分）             Ⅲ.NO₂（2分）
（3） 加熱該綠色溶液，觀察顏色變化（或向該綠色溶液中通入氮氣，觀察顏色變化或向飽和硝酸銅溶液中通入濃硝酸與銅反應產生的氣體，觀察顏色變化）（2分）

試題分析：（1）硝酸具有強氧化性，稀硝酸的還原產物是NO，所以圖1中銅與稀硝酸反應的離子方程式為3Cu + 8H⁺ + 2NO₃^?＝3Cu²⁺ + 2NO↑ + 4H₂O。反應中液面上方的氣體顏色也在不斷加深，這是由于NO被氧化生成了紅棕色的NO₂。不論是NO還是NO₂都是大氣污染物，需要尾氣處理，所以氫氧化鈉溶液的作用是吸收NO和NO₂，防止污染空氣，反應的離子方程式為NO + NO₂ + 2OH^?＝2NO₂^? + H₂O。
（2）I、如果是因為反應放熱導致溶液溫度升高所致，則必須測量溶液的溫度，因此完成此實驗還需要的儀器是溫度計。根據表中數據可知，80min內溶液的溫度只上升了2℃，這說明隨著反應的進行，溶液的溫度變化不明顯，因此溫度不是速率明顯加快的主要原因。
Ⅱ、為驗證銅離子是否有催化作用，作對比實驗，在一支試管中加入含有銅離子的鹽，一支試管中不加銅鹽，然后比較反應速率，根據反應速率大小確定假設是否正確。為防止陰離子對實驗的干擾，最好選擇硝酸銅晶體，答案選A。
Ⅲ、根據液面上方的氣體顏色也在不斷加深可推斷反應過程中還有少量NO₂生成。
（3）如果試管中溶液呈綠色，而不顯藍色。是由于NO₂引起的，則可以將將綠色的混合溶液加熱，若能放出紅棕色氣體、且溶液變藍色，說明這個假設正確或將NO₂氣體通入藍色硝酸銅溶液中觀察溶液顏色是否變綠色。