Question

某同學利用如圖裝置實現(xiàn)銅與濃、稀硝酸反應，過程如下：
Ⅰ．取一段銅絲，用稀硫酸除去銅銹[主要成分是Cu₂ （OH）₂ CO₃]．
Ⅱ．將洗滌后的銅絲做成匝數(shù)較多的螺旋狀．
Ⅲ．按右圖所示連接儀器、檢查氣密性、裝入化學試劑．
（1）過程Ⅰ發(fā)生反應的離子方程式是

 

．
（2）過程Ⅱ?qū)�銅絲做成螺旋狀的目的是

 

．
（3）過程Ⅲ的后續(xù)操作如下：
①為使?jié)庀跛崤c銅絲接觸，操作是

 

 當紅棕色氣體較多時，輕抽注射器使反應停止，關閉a，取下注射器．寫出生成紅棕色氣體的化學方程式是

 

．
②控制b和分液漏斗活塞，玻璃管充滿稀硝酸時，關閉b打開a，可見無色氣體產(chǎn)生．燒杯中NaOH溶液的作用是

 

（4）將3支盛滿紅棕色氣體的小試管分別倒置在盛有等質(zhì)量不同溫度的水的3只燒杯中，發(fā)現(xiàn)液面上升的高度明顯不一致．結果如下表所示：

實驗編號	水溫/℃	液面上升高度
1	25	超過試管 2 3
2	50	不足試管 2 3
3	0	液面上升超過實驗1

①根據(jù)上表數(shù)據(jù)得出的結論是

 

．
②為了探究產(chǎn)生此不同現(xiàn)象的原因，他們查閱資料如下：
資料一．NO₂與水反應的實際過程為：2NO₂+H₂O═HNO₃+HNO₂  3HNO₂═HNO₃+2NO↑+H₂O
資料二．HNO₂不穩(wěn)定，受熱易分解．由資料分析產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是

 

（5）3.2g Cu與30mL，8mol/L過量HNO₃反應，硝酸的還原產(chǎn)物為NO，NO₂，反應后溶液中所含H⁺為a mol，則：①此時溶液中所含的NO₃^-為

 

mol．
②所生成的NO在標準狀況下體積為

 

L．（以上結果均用含a的代數(shù)式表示）

Answer 1

考點：性質(zhì)實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）稀硫酸和銅銹反應生成硫酸銅、二氧化碳和水；
（2）根據(jù)外界條件（反應物接觸面積）對化學反應速率的影響分析；
（3）①根據(jù)氣體壓強對濃硝酸的影響分析；金屬銅可以和濃硝酸反應產(chǎn)生二氧化氮紅棕色氣體；
（4）①根據(jù)表格分析溫度和液面上升高度的關系；
②通過表格中溫度和液面上升高度的關系，分析亞硝酸的分解對液面上升高度的影響；
（5）①銅與過量的硝酸，反應后溶液中所含H⁺離子為amol，說明溶液為Cu（N0₃）₂與HN0₃的混合溶液，溶液中n（N0₃^-）=n（H⁺）+2n（Cu²⁺），據(jù)此計算；
②根據(jù)電子守恒和元素守恒計算一氧化氮的物質(zhì)的量以及標況下的體積．

解答： 解：（1）過程Ⅰ發(fā)生稀硫酸和銅銹反應，生成硫酸銅、二氧化碳和水，即：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+CO₂↑+3H₂O；
故答案為：Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+CO₂↑+3H₂O；
（2）過程Ⅱ?qū)�銅絲做成螺旋狀，這樣反應物的接觸面積增大，化學反應速率加快，即將銅絲做成螺旋狀，增大了銅和硝酸的接觸面積，提高了化學反應速率，
故答案為：增大銅絲與酸的接觸面積，提高化學反應速率；
（3）①利用錐形瓶中氣壓將濃硝酸壓入玻璃管使?jié)庀跛岷豌~反應，要想使該實驗發(fā)生，需將止水夾a和b打開，從注射器中推入空氣；當紅棕色氣體較多時，輕抽注射器使反應停止，關閉a，取下注射器，此時銅和濃硝酸反應生成碳酸銅、二氧化氮和水，即Cu+4HNO₃（濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，
故答案為：打開止水夾a和b，從注射器中推入空氣；Cu+4HNO₃（濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
②氫氧化鈉可以和含氮的氧化物之間反應NO+NO₂+2NaOH═2NaNO₂+H₂O，防止有毒氣體污染空氣，
故答案為：對含氮氧化物進行尾氣處理；
（4）①根據(jù)表格知，溫度越低，進入試管中的溶液體積越多，
故答案為：溫度越低，進入試管中的溶液體積越多；
②HNO₂不穩(wěn)定，分解生成一氧化氮，溫度越低，進入試管中的溶液體積越多，說明HNO₂分解產(chǎn)生的NO氣體量越少，一氧化氮所占體積越小，進入試管中的溶液體積越多，
故答案為：溫度低，HNO₂分解量減少，分解產(chǎn)生的NO氣體量減少，且生成的NO所占體積小，所以進入試管中的溶液體積增大．
（5）①3.2g銅的物質(zhì)的量為

3.2g

64g/mol

=0.05mol．銅與過量的硝酸，反應后溶液中所含H⁺離子為amol，說明所得到的溶液為Cu（N0₃）₂與HN0₃的混合溶液，根據(jù)電荷守恒溶液中n（N0₃^-）=n（H⁺）+2n（Cu²⁺）=amol+0.05mol×2=（a+0.1）mol，故答案為：（a+0.1）；
②根據(jù)電子守恒，設生成的NO的物質(zhì)的量是x，二氧化氮的物質(zhì)的量是y，則3x+y=0.05×2，0.03L×8mol/L=x+y+（a+0.1），解得x=0.5a-0.02，生成的NO的物質(zhì)的量是（0.5a-0.02）mol，標況下的體積是22.4（0.5a-0.02）=（11.2a-0.448）L，故答案為：11.2a-0.448．

點評：本題以硝酸的性質(zhì)為載體考查了銅和硝酸的實驗以及電子守恒在氧化還原反應中的計算知識，難度較大，注意基礎知識的積累．