Question

在研究性學(xué)習(xí)中，某實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行了銅與稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究．有三位學(xué)生設(shè)計(jì)了以下三種實(shí)驗(yàn)方案．如圖所示：

（1）寫出稀硝酸與銅反應(yīng)的化學(xué)方程式______．
（2）甲同學(xué)用圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在圓底燒瓶中加入20mL 6mol/L HNO₃和2g薄銅片，在反應(yīng)開始時(shí)，可觀察到水槽內(nèi)的導(dǎo)管中水面先慢慢上升到一定高度，此后又回落，然后有氣泡從導(dǎo)管口冒出．試說(shuō)明產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因______．
（3）乙同學(xué)將甲的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，采用了圖2裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
①在實(shí)驗(yàn)中，要使B中的氣體始終保持無(wú)色，其操作是______．
②如果開啟a和c，關(guān)閉b，裝置里液面上空間的體積為VmL，空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%，實(shí)驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進(jìn)行，全部氧氣通過(guò)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硝酸；實(shí)驗(yàn)開始時(shí)加入的銅為mg，實(shí)驗(yàn)完畢后剩余的銅為ng，所得溶液體積也是VmL．則所得溶液的物質(zhì)的量濃度是______．
（4）丙同學(xué)采用圖3裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將活塞打開，從U形管的長(zhǎng)管口注入稀硝酸，一直注到U形管短管中充滿液體時(shí)，立即關(guān)閉活塞．銅與稀硝酸開始反應(yīng)產(chǎn)生NO氣體．
①當(dāng)______時(shí)反應(yīng)、自動(dòng)停止，在______處觀察到無(wú)色的NO氣體．
②為了證明Cu與稀HNO₃反應(yīng)生成的氣體是NO，而不是N₂，需要的簡(jiǎn)單操作是______．
③圖3裝置與圖1、圖2裝置相比，優(yōu)點(diǎn)是______．

Answer 1

（1）金屬銅能和稀硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、一氧化氮和水，即3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（2）根據(jù)一氧化氮易和氧氣反應(yīng)的性質(zhì)，可以得出：由于反應(yīng)開始時(shí)產(chǎn)生的NO與燒瓶?jī)?nèi)空氣中O₂作用生成NO₂，NO₂溶于水并與水反應(yīng)使裝置內(nèi)氣壓減小，水倒吸入至一定高度后，當(dāng)燒瓶中的氧氣全部消耗后，生成的NO排出導(dǎo)管口，即有氣泡產(chǎn)生，
故答案為：由于反應(yīng)開始時(shí)產(chǎn)生的NO與燒瓶?jī)?nèi)空氣中O₂作用生成NO₂，NO₂溶于水并與水反應(yīng)使裝置內(nèi)氣壓減小，水倒吸入至一定高度后，當(dāng)燒瓶中的氧氣全部消耗后，生成的NO排出導(dǎo)管口，即有氣泡產(chǎn)生；
（3）①一氧化氮不和氧氣結(jié)合的途徑是先關(guān)閉a，開啟b和c一段時(shí)間，再關(guān)b開a，
故答案為：先關(guān)閉a，開啟b和c一段時(shí)間，再關(guān)b開a；
②一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成硝酸的反應(yīng)為：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，設(shè)生成硝酸的物質(zhì)的量為x，則
4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃
4 3 4
x
則，解得x=0.0125Vmol，根據(jù)c=，則硝酸的濃度是0.0125mol?L^-1，故答案為：0.0125mol?L^-1；
（4）①硝酸與銅絲脫離接觸時(shí)，反應(yīng)即刻停止，此時(shí)在U形管短管上部（或U形管左管上部）察到無(wú)色的NO氣體，
故答案為：硝酸與銅絲脫離接觸；U形管短管上部（或U形管左管上部）；
②一氧化氮極易和氧氣反應(yīng)生成紅棕色的二氧化氮，但是氮?dú)獠痪哂写诵再|(zhì)，所以可以再將分液漏斗的活塞慢慢打開，如果在分液漏斗中觀察到氣體由無(wú)色變?yōu)榧t棕色，則證明Cu與稀HNO₃反應(yīng)生成的氣體是NO，而不是N₂，
故答案為：再將分液漏斗的活塞慢慢打開，在分液漏斗中觀察到氣體由無(wú)色變?yōu)榧t棕色；
③圖3裝置與圖1、圖2裝置相比，能探究出銅與稀硝酸反應(yīng)生成物為NO，此外還可以驗(yàn)證NO被氧化成NO₂的過(guò)程，
故答案為：能探究出銅與稀硝酸反應(yīng)生成物為NO，且可以驗(yàn)證NO被氧化成NO₂的過(guò)程．
分析：（1）根據(jù)金屬銅和硝酸的反應(yīng)情況來(lái)書寫方程式；
（2）根據(jù)一氧化氮和二氧化氮的性質(zhì)結(jié)合大氣壓強(qiáng)原理來(lái)解釋；
（3）一氧化氮不和氧氣結(jié)合即可避開變?yōu)槎�氧化氮的可能�?br/>（4）①根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理來(lái)判斷反應(yīng)的發(fā)生和結(jié)束情況；
②一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成硝酸的反應(yīng)為：4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，根據(jù)公式c=來(lái)計(jì)算濃度；
③根據(jù)裝置特點(diǎn)對(duì)比來(lái)確定反應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)．
點(diǎn)評(píng)：本題是一道化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)的知識(shí)題目，考查學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，難度大，綜合性強(qiáng)．