Question

15．硝酸銅為藍色固體，溶于水可得藍色溶液．某實驗小組同學用如圖裝置加熱硝酸銅，發現固體由藍色逐漸變黑，同時產生紅棕色有刺激性氣味的氣體，帶火星的木條復燃．
【提出問題】硝酸銅在加熱條件下到底發生了怎樣的反應？
【查閱資料】
①氧化銅和稀硫酸反應的化學方程式：
CuO+H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O
②含氮化合物中，只有NO₂是紅棕色、有刺激性氣味的氣體．
③NO₂有助燃性，能使帶火星的木條復燃．
【猜想假設】Cu（NO₃）₂受熱分解除了生成NO₂，還可能生成了CuO和O₂．
【進行實驗】

實驗操作	實驗現象	實驗結論
步驟Ⅰ：將反應后試管中的固體加水充分溶解、過濾、將干燥后濾渣加入足量稀硫酸溶液中．	固體全部溶解，得到藍色溶液	硝酸銅分解生成了氧化銅．
步驟Ⅱ：在圖1的試管和集氣瓶之間連圖所示的裝置，重新進行加熱硝酸銅的實驗．	集氣瓶中氣體為無色，帶火星木條復燃	硝酸銅分解生成了氧氣

（1）步驟Ⅱ是同學們查閱了新的資料后設計完成的．該資料是關于NO₂助燃性、顏色變化方面的性質信息．
（2）設計步驟Ⅱ的目的是驗證反應生成了氧氣．
【獲得結論】
根據實驗結果，Cu（NO₃）₂受熱分解的化學方程式為2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
【反思與評價】
（3）已知相同狀況下，氣體的體積比等于其分子個數比．據此，同學們認為，即使沒有資料③，依據實驗結論和“加熱硝酸銅產生的氣體能使帶火星的木條復燃”的實驗現象，也能推出NO₂可能具有助燃性．理由：
硝酸銅分解生成的二氧化氮和氧氣的體積比是4：1，氧氣的體積分數是20%，和空氣中氧氣的體積分數大致相等，而空氣中的氧氣不能使帶火星的木條復燃，因此NO₂可能具有助燃性．
（4）一氧化氮不溶水，極易和氧氣反應生成NO₂；二氧化氮極易和水反應，方程式：2NO+O₂═2NO₂，3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO↑某同學在圖1實驗中用圖2裝置收集氣體，結果發現圖2中的集氣瓶未收集到氣體，且集氣瓶中的液面無變化，請說明原因（用化學方程式）4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃．

Answer 1

分析 【猜想假設】Cu（NO₃）₂受熱分解除了生成NO₂，還可能生成了CuO和O₂．
【進行實驗】
氧氣能使帶火星的木條復燃；
根據實驗設計可以判斷物質的信息資料；
【獲得結論】
硝酸銅受熱分解生成氧化銅、二氧化氮和氧氣；
【反思與評價】
空氣中氧氣的體積分數是21%；
根據反應的化學方程式可以判斷相關方面的問題．

解答 解：【猜想假設】
Cu（NO₃）₂受熱分解除了生成NO₂，還可能生成了CuO和O₂．
故填：NO₂．
【進行實驗】
實驗過程如下表所示：

實驗操作	實驗現象	實驗結論
步驟Ⅰ：將反應后試管中的固體加水充分溶解、過濾、將干燥后濾渣加入足量稀硫酸溶液中．	固體全部溶解，得到藍色溶液	硝酸銅分解生成了氧化銅．
步驟Ⅱ：在圖1的試管和集氣瓶之間連圖所示的裝置，重新進行加熱硝酸銅的實驗．	集氣瓶中氣體為無色，帶火星木條復燃	硝酸銅分解生成了氧氣

（1）步驟Ⅱ是同學們查閱了新的資料后設計完成的．該資料是關于NO₂助燃性、顏色變化方面的性質信息．
故填：助燃性、顏色變化．
（2）設計步驟Ⅱ的目的是：除去二氧化氮氣體后，驗證反應生成了氧氣．
故填：驗證反應生成了氧氣．
【獲得結論】
Cu（NO₃）₂受熱分解生成氧化銅、二氧化氮和氧氣，反應的化學方程式為：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
故填：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
【反思與評價】
（3）即使沒有資料③，依據實驗結論和“加熱硝酸銅產生的氣體能使帶火星的木條復燃”的實驗現象，也能推出NO₂可能具有助燃性．理由是：硝酸銅分解生成的二氧化氮和氧氣的體積比是4：1，氧氣的體積分數是20%，和空氣中氧氣的體積分數大致相等，而空氣中的氧氣不能使帶火星的木條復燃，因此NO₂可能具有助燃性．
故填：硝酸銅分解生成的二氧化氮和氧氣的體積比是4：1，氧氣的體積分數是20%，和空氣中氧氣的體積分數大致相等，而空氣中的氧氣不能使帶火星的木條復燃，因此NO₂可能具有助燃性．
（4）由2NO+O₂═2NO₂，3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO↑可知，
6NO+3O₂═6NO₂，①
6NO₂+2H₂O═4HNO₃+2NO↑，②
由①、②得：4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃，因此圖2中的集氣瓶未收集到氣體，且集氣瓶中的液面無變化．
故填：4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．