Question

15．化学小组同学对酸的性质很感兴趣，向老师提出研究硝酸的性质，老师高兴答应并带领同学们进行了硝酸性质的实验探究．
【实验设计】将石蕊试液滴入稀硝酸中，预计石蕊试液由紫色变红色．
【实验验证】同学们按上述设计做了实验，却发现石蕊变色后一会儿即褪去，Zn片投入稀HNO₃后，溶液中冒出气泡，产生无色气体A，在试管口气体A变成红棕色有刺激性气味的气体B．
【提出问题】（1）石蕊试液变色后为何会褪色？
（2）上述产生的无色气体是什么？硝酸具有哪些特性？
【查阅资料】看到如此异常的现象，在老师的指导下，同学们上网查到了下列资料：
（1）硝酸可与Zn、Cu等多种金属反应生成相应的硝酸盐，但不生成H₂．
（2）氮元素某些气态物质的物理性质

	NH3	N2	NO	NO2
顏色	无色	无色	无色	红棕色
溶解性	极易溶于水	不溶于水	不溶于水	可溶于水或硝酸

【猜想与分析】
（1）小明同学认为石蕊变色后又褪色的原因是由于试管不干净，含有其他杂质造成的，要证明小明的观点，应进行的操作是取少量稀HNO₃于干净的试管中，滴入石蕊试液．观察实验现象（或用干净的试管重复上述实验．
（2）大家一致认同了红棕色气体B是NO₂，但对于无色气体A及变化的原因有不同的看法：
①小丽同学认为A是NH₃，但遭到大家的一致反对，原因是NH₃极易溶于水，大多数气体会溶解在稀HNO₃中．且在常温下NH₃不易被氧化成NO；
②小强同学认为A是N₂，也遭到大家的一致反对，原因是N₂的化学性质比较稳定，常温下，N₂在空气中不能氧化成NO；
③经讨论，最终大家获得了A是NO的共识．NO遇氧变成NO₂的化学方程式为2NO+O₂=2NO₂．
【实验探究】小红同学对硝酸能与Cu反应很感兴趣，便取了一小块铜片投入稀HNO₃中，发现Cu溶解，也出现上述Zn与稀HNO₃反应的类似现象，确证生成了NO，并在老师的帮助下，测出恰好反应的Cu和HNO₃的质量比为8：21，由此获得了Cu与稀HNO₃的反应方程式为3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
【交流与反思】根据探究结果，请你解释稀HCl跟铜不反应而稀HNO₃却能跟铜反应的原因铜不与稀HCl发生置换反应，是因为铜的金属活动性弱于氢．而稀HNO₃具有强的氧化性，能与Cu发生氧化还原反应，生成NO等．

Answer 1

分析 【实验设计】（1）依据石蕊遇酸性溶液的变色情况进行分析；
【猜想与分析】（1）设计一个干净的试管进行对比试验即可；
（2）①依据氨气极易溶于水，且不易被氧化分析判断；
②依据氮气化学性质很稳定分析判断；
③依据题干中的信息对化学方程式进行书写即可；
【实验探究】利用信息确定反应物与生成物，依据Cu和HNO₃的质量比确定化学方程式中两者的化学计量数，并书写相关的方程式；
【交流与反思】依据铜的金属活动性以及硝酸的强氧化性对问题进行分析探讨；

解答 ：【实验设计】（1）石蕊遇酸性溶液会变红，稀硝酸溶液呈酸性所以石蕊会变红；
（2）H₂是氢气的化学式；
【猜想与分析】（1）设计一个干净的试管进行对比试验，从而确定是否是杂质影响了溶液颜色的变化，其操作为：取少量稀HNO₃于干净的试管中，滴入石蕊试液．观察实验现象（或用干净的试管重复上述实验）；
（2）依据氮元素某些气态物质的物理性质可知：
①氨气极易溶于水，且不易被氧化，所以该气体不可能是氨气；
②由于氮气化学性质很稳定，所以常温下N₂在空气中不能直接被氧化成NO₂；
③依据题干中的信息可知该反应的反应物是一氧化氮和氧气产物是二氧化氮，其方程式为：2NO+O₂=2NO₂．
【实验探究】由题干信息可知反应物是铜与硝酸与生成物是硝酸铜一氧化氮和水，设该方程式中铜与硝酸的化学计量数分别为x、y，则有$\frac{64x}{63y}=\frac{8}{21}$$\frac{x}{y}=\frac{3}{8}$，据此的此反应的方程是3Cu+8HNO₃=3Cu （NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
【交流与反思】依据铜的金属活动性可知铜的活动性在氢后，所以不会与盐酸反应生成氢气，但由于硝酸具有强氧化性，所以能与铜反应生成一氧化氮等物质；
答案：
【实验设计】红；
【猜想与分析】
（1）取少量稀HNO₃于干净的试管中，滴入石蕊试液．观察实验现象（或用干净的试管重复上述实验）；
（2）①NH₃极易溶于水，大多数气体会溶解在稀HNO₃中．且在常温下NH₃不易被氧化成NO；
②N₂的化学性质比较稳定，常温下，N₂在空气中不能氧化成NO
③2NO+O₂=2NO₂
【实验探究】3Cu+8HNO₃=3Cu （NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
【交流与反思】铜不与稀HCl发生置换反应，是因为铜的金属活动性弱于氢．而稀HNO₃具有强的氧化性，能与Cu发生氧化还原反应，生成NO等．

点评 此题是一道实验探究题，实验探究题的常见模式一般是由题干提供新信息，然后利用这些新信息以及所学的知识对问题进行处理，从而训练学生获取信息并处理问题的能力．