Question

6．利用下列装置可实现铜与浓硝酸、稀硝酸反应，过程如下：
Ⅰ．取一段铜丝，用稀硫酸除去铜锈[主要成分是Cu₂（OH）₂CO₃]；
Ⅱ．将洗涤后的铜丝做成匝数较多的螺旋状；
Ⅲ．按如图所示装置连接仪器，检查气密性，装入化学试剂．
（1）写出Cu丝在空气中形成铜绿的化学反应方程式2Cu+CO₂+O₂+H₂O=Cu₂（OH）₂CO₃；
（2）将铜丝烧成螺旋状的原因是增大铜丝与酸的接触面积，提高化学反应速率，写出过程Ⅲ中检查气密性的方法打开b和a，关闭分液漏斗的活塞，将左边导管插入盛水的烧杯中，轻轻拉动注射器活塞，若导管中液面上升则说明气密性好；
（3）过程Ⅲ的后续操作如下：
①打开止水夹a和b，轻推注射器，使浓硝酸与铜丝接触，观察到的现象是产生红棕色气体，一段时间后使反应停止的操作是轻轻将注射器活塞向右拉使铜丝和溶液分开，关闭a，取下注射器；
②打开b和分液漏斗活塞，当玻璃管充满稀硝酸后，关闭b和分液漏斗活塞，打开a，观察到有气泡产生，稀硝酸充满玻璃管的实验目的是将玻璃管中的NO₂和空气排出，该反应的离子方程式是3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（4）另取3支盛满NO₂气体的小试管分别倒置在盛有常温水、热水和冰水的3只烧杯中，发现液面上升的高度明显不一致，结果如表所示（忽略温度对气体体积的影响）：

实验编号	水温/℃	液面上升高度
1	25	$\frac{2}{3}$
2	50	不足试管的$\frac{2}{3}$
3	0	液面上升超过实验1

①根据上表得出的结论是温度越低（填“高”或“低”），进入试管中的溶液越多；
②假设反应在标准状况下进行，小试管的容积为VL，将小试管倒立在盛有足量水的水槽中，若溶液溶质不扩散，则得到的溶液的物质的量浓度是$\frac{1}{22.4}$mol/L，若使液体充满试管，应该充入氧气的体积是$\frac{V}{4}$L．

Answer 1

分析 （1）铜绿的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，铜在空气中与水、二氧化碳和氧气生成铜绿；
（2）将铜丝烧成螺旋状可增大反应的表面积，结合压强差原理检查气密性；
（3）①浓硝酸与铜丝接触反应生成红棕色二氧化氮气体；反应停止的操作是铜和浓硝酸分离；
②稀硝酸充满玻璃管的实验目是将玻璃管中的NO₂和空气排出，铜和稀硝酸反应生成硝酸铜一氧化氮和水；
（4）①依据图表数据分析温度越低进入液体越多；
②NO₂与水反应：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，如NO₂完全反应，则生成NO$\frac{V}{3}$L，进入水的体积为$\frac{2V}{3}$L，如通入氧气，则发生4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃，结合反应计算．

解答 解：（1）铜绿的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，铜在空气中与水、二氧化碳和氧气生成铜绿，反应的方程式为2Cu+CO₂+O₂+H₂O=Cu₂（OH）₂CO₃，
故答案为：2Cu+CO₂+O₂+H₂O=Cu₂（OH）₂CO₃；
（2）将铜丝烧成螺旋状可增大反应的表面积，增大反应速率；气密性检查是依据装置中的气体压强变化和液面变化，打开b和a，关闭分液漏斗的活塞，将左边导管插入盛水的烧杯中，轻轻拉动注射器活塞，若导管中液面上升则说明气密性好，
故答案为：增大铜丝与酸的接触面积，提高化学反应速率；打开b和a，关闭分液漏斗的活塞，将左边导管插入盛水的烧杯中，轻轻拉动注射器活塞，若导管中液面上升则说明气密性好；
（3））①打开止水夹a和b，轻推注射器，使浓硝酸与铜丝接触反应生成红棕色二氧化氮气体；一段时间后使反应停止的操作是轻轻将注射器活塞向右拉使铜丝和溶液分开，
故答案为：产生红棕色气体；轻轻将注射器活塞向右拉使铜丝和溶液分开；
②打开b和分液漏斗活塞，当玻璃管充满稀硝酸后，关闭b和分液漏斗活塞，打开a，观察到有气泡产生．稀硝酸充满玻璃管的实验目是将玻璃管中的NO₂和空气排出；稀硝酸和铜反应的离子方程式为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
故答案为：将玻璃管中的NO₂和空气排出；3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（4）①温度越低，液体进入试管的越多，故答案为：低；
②NO₂与水反应：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，如NO₂完全反应，则生成NO$\frac{V}{3}$L，进入水的体积为$\frac{2V}{3}$L，生成硝酸的物质的量为$\frac{\frac{2V}{3×22.4}mol}{\frac{2V}{3}L}$=$\frac{1}{22.4}$mol/L，
如通入氧气，则发生4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃，如NO₂完全反应，则应该充入氧气的体积是$\frac{V}{4}$L，
故答案为：$\frac{1}{22.4}$；$\frac{V}{4}$L．

点评 本题考查性质实验的设计，侧重于硝酸性质的分析应用，为高频考点，答题时注意把握装置图的结构和反应原理，掌握物质性质和反应现象是解题关键，题目难度中等．