Question

分別將等質量的銅片與等體積且均過量的濃硝酸、稀硝酸反應，所得溶液前者呈綠色，后者呈藍色，有同學提出溶液呈綠色是銅與濃硝酸反應時產生的二氧化氮溶于過量的濃硝酸，其產生的黃色與藍色的硝酸銅溶液混在一起，使溶液呈綠色．
為了驗證該同學的推斷是否正確，甲、乙、丙三位同學各設計了一個實驗方案．
甲同學的方案：將盛綠色溶液的試管加熱，看是否有紅棕色的氣體產生．
（1）你認為甲同學的方案的不妥之處是什么？

 

應該作怎樣的修正（實驗裝置及方法不變）？

 

乙同學的方案：用雙氧水和二氧化錳制得氧氣，并把氧氣通入綠色溶液中，觀察其溶液是否變藍色．
（2）請用化學方程式表示其中的化學反應原理

 

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丙同學的方案：在通風櫥內，將一根下端彎成螺旋狀且可抽動的銅絲插入盛有足量濃硝酸的試管A中，立即可觀察到試管中充滿紅棕色的NO₂氣體．將NO₂氣體經導管通入到傾斜的另一支裝有淡藍色Cu（NO₃）₂溶液的試管B中，隨著實驗進行，試管B中的溶液藍色加深，很快又轉變為綠色，繼續通入NO₂，綠色保持不變，向上抽起銅絲，使反應停止．
（3）簡述丙同學的方案中的溶液變色的原因．

 

（4）從環保的角度看，你認為三個方案中最好的是哪一個？說明理由．

 

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Answer 1

分析：（1）加熱條件下，濃硝酸易分解生成二氧化氮；
（2）二氧化氮、氧氣和水能發生氧化還原反應而生成硝酸；
（3）二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮，溶液濃度增大，溶液顏色加深，溶于二氧化氮的溶液呈黃色，含有銅離子的銅鹽溶液為藍色，二者混合呈綠色；
（4）根據產物的性質來分析．

解答：解：（1）濃硝酸是過量的，即使溶液中不溶解二氧化氮，在加熱條件下，濃硝酸分解生成二氧化氮，所以不能通過觀察是否生成二氧化氮判斷，可以通過觀察溶液的顏色是否變化判斷，如果溶液由綠色變為藍色，說明溶有二氧化氮，
故答案為：濃硝酸是過量的，即使溶液里沒有溶解NO₂，加熱時，因為硝酸的分解也會產生NO₂；應該通過觀察其溶液是否變藍色來加以驗證；
（2）二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮和氧氣反應生成二氧化氮，所以其總的反應方程式為4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃，
故答案為：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃；
（3）濃硝酸和銅反應生成二氧化氮，二氧化氮通入硝酸銅稀溶液中時，二氧化氮和水反應而使溶液變濃，溶液的顏色加深，隨著溶液中水量逐漸減少到一定程度時，溶液中硝酸濃度逐漸增大，繼續通入的二氧化氮便溶于其中形成黃色溶液，這樣和原有的藍色溶液相調和而成為綠色，
故答案為：通入的NO₂氣體與Cu（NO₃）₂稀溶液中的水反應，使溶液變濃，溶液的藍色加深；隨著溶液中水量逐漸減小到一定程度，溶液中硝酸濃度逐漸增大，繼續通入的NO₂氣體便溶于其中形成黃色溶液，這樣和原有的藍色溶液相調和而成為綠色；
（4）甲、丙同學設計的方案中都有有毒氣體產生，乙同學的設計方案中沒有有毒氣體產生，則乙同學的方案最好，
故答案為：乙同學的方案最好，因為這個方案中沒有有毒氣體產生．

點評：本題以硝酸與銅的反應為載體，綜合考查學生實驗設計和探究能力，涉及HNO₃的性質、物質驗證性實驗設計，利用對比的方法判斷硝酸的性質，題目難度中等，是對基礎知識與學生綜合能力的考查，理解原理與各裝置作用是解題的關鍵．