Question

图1是化学研究性学习小组设计的铜与稀硝酸反应的两个实验装置图．其中装置Ⅰ为甲同学设计．（可能用到的相对原子质量：H：1　C：12　 N：14　 O：16　 Cu：64　）
请回答下列问题：
（1）铜与稀硝酸反应的离子方程式为______．
（2）乙同学认为装置Ⅰ中收集的气体不能确定铜与稀硝酸反应生成的是NO气体，理由是______．于是他设计装置Ⅱ，其中装铜片的是气球．
（3）化学研究性学习小组的其它同学对上述实验进行了研究，认为装置Ⅱ只能定性研究铜与硝酸的反应，他们又重新设计了一套实验，装置图如图2：a中盛有标况下的空气（氧气占五分之一）和10mL，1.2mol/L硝酸的250mL烧瓶．b是未充气（实验开始前内部没有气体）放有0.384g铜粉的气球．（整套装置已经过气密性检查合格．）他们做了以下实验，请填写有关空白：
①将气球中的铜粉小心倒入烧瓶中，充分反应后发现 铜粉有余（设产生的气体不溶解于溶液中），则可观察到的是______；
②将烧瓶不断振荡发现气球逐渐缩小，发生有关反应的化学方程式是：______；
③打开弹簧夹将二氧化碳慢慢推入干燥管内继续振荡，使气体与气体、溶液充分接触，欲使所有的铜粉都溶解，至少需要推入二氧化碳______ml；
④将上述全过程用一个总的化学方程式表示：______．

Answer 1

解：（1）Cu与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水，发生的离子反应为3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）装置Ⅰ中利用排水法收集，因为NO₂与水反应也可产生NO：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，故不能肯定生成的NO气体是来自于铜与稀硝酸反应，
故答案为：NO₂与水反应也可产生NO：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，故不能肯定生成的NO气体是来自于铜与稀硝酸反应；
（3）①Cu与硝酸生成硝酸铜溶液，生成NO气体，NO与氧气反应生成二氧化氮，则观察到溶液变蓝色，烧瓶内气体由无色继而变成红色，气球变大，
故答案为：溶液变蓝色，烧瓶内气体由无色继而变成红色，气球胀大；
②气体逐渐减少，氮的氧化物转化为硝酸发生NO₂+O₂+2H₂O═4HNO₃、或4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，
故答案为：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为=0.0045mol/L，
则被氧气氧化的Cu为0.006mol-0.0045mol=0.0015mol，
由2Na₂O₂+2CO₂═2Na₂CO₃+O₂、
4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，
3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
总反应为2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O可知，
2Cu～O₂～2CO₂，n（O₂）=0.003mol×22.4L/mol=0.0672L=67.2mL，
a中盛有标况下的空气（氧气占五分之一），烧瓶为250mL，
则氧气占（250-10）×0.25=48mL，
所以参加反应的氧气为67.2mL-48mL=19.2mL，
V（CO₂）=2×19.2mL=38.4mL，故答案为：38.4mL；
④上述过程的总反应为2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O，故答案为：2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O．
分析：（1）Cu与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水；
（2）装置Ⅰ中利用排水法收集；
（3）①含铜离子的溶液为蓝色、NO与氧气反应；
②气球逐渐缩小，则气体逐渐减少，氮的氧化物转化为硝酸；
③利用2Na₂O₂+2CO₂═2Na₂CO₃+O₂、2Cu+4HNO₃+O₂═2Cu（NO₃）₂+2H₂O计算；
④Cu与硝酸、氧气反应生成硝酸铜和水．
点评：本题考查实验方案的设计，明确实验步骤及物质的性质是解答本题的关键，注意（3）中③利用氧化还原反应进行计算是解答的难点，题目难度中等．