Question

某校課外實驗小組進行銅與濃、稀硝酸反應的實驗研究。基本原則是：安全可靠、現象明顯，符合環保要求。

如果用圖Ⅰ中裝置進行銅與濃硝酸反應的實驗，最大缺點是產生的NO₂氣體逸出污染空氣；如果用該裝置來證明銅與稀硝酸反應生成NO氣體，缺點是不易觀察到有毒性的NO氣體無色的本來面目。

（1）若用裝置Ⅱ進行實驗，既可克服實驗不足，還能使上述反應在同一試管中連續進行。實驗如下：組裝好裝置并檢查氣密性后，加入2 mL濃硝酸（銅片未接觸酸液），塞緊膠塞；向左傾斜試管使其反應發生，當導管口有極少量紅棕色氣體逸出，溶液呈綠色時，正立試管，使反應停止；同時將導管插入水中，稍后能觀察到：a.水沿導管倒吸至試管中，b.________________，c. ________________等明顯現象。其中發生的原因用方程式表示為：_________________________________________________________。

（2）當試管中液體體積約占1/2時，從水中取出導管，并伸入一小試管中，管口塞上浸有堿液的棉花（如圖Ⅲ）。這樣做的目的是：________________，此時大試管中反應的離子方程式為：________________________________________________。

（3）若用右上圖Ⅳ所示的裝置（U形管、干燥管、A為活塞）制取NO可能更加理想。請補充下列實驗步驟：

①檢查裝置的氣密性的方法是：________________________________________________。

②打開活塞A，從U形管右端注入稀硝酸，直到________________________為止。

③關閉活塞A，若反應緩慢，可在U形管左側加熱，觀察到____________________。

Answer 1

（1）試管內顏色由紅棕色變為無色  銅絲表面產生氣泡  3NO₂+H₂O====2HNO₃+NO

（2）防止刺激性和有毒氣體污染空氣  3Cu+8H⁺+2====3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O（3）①關閉活塞A，向U形管長管一端加入水至液面高于短管，靜置，一段時間后如果液面高度差不變，則氣密性好  ②液面到達活塞A處（U形短管內無氣柱）  ③銅絲上有氣泡冒出，生成無色氣體，U形管左端液面下落

解析：本題關鍵是銅與濃稀硝酸反應產生不同的有毒有害氣體，反應原理：Cu+4HNO₃（濃）====Cu（NO₃）₂+2NO₂↑（紅棕色）+2H₂O；3Cu+8HNO₃（稀）====3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O。由圖Ⅰ裝置進行制取NO，缺點很多，污染環境。由圖Ⅱ裝置完成該實驗時，因Cu與濃硝酸反應，在銅絲表面冒出氣泡，還生成大量的紅棕色氣體NO₂，Cu（NO₃）₂溶液呈綠色。當停止反應后將導管插入水中，NO₂與H₂O反應迅速減小試管內的壓強，就會有倒吸現象，使水進入大試管中，反應繼續進行。當水上升到1/2時，取出導管伸入一支帶有堿液棉花的小試管，堿液吸收NO氣體，防止污染空氣。這樣的操作較煩瑣，難免有極少量NO₂、NO氣體逸出。可以用圖Ⅳ裝置制取NO更加綠色化。操作步驟如下：①關閉活塞A，向U形管長管一端加水至液面高于短管，靜置，如果長管與短管液面高度之差不變化，說明U形管的氣密性好。②打開活塞A，從短管注入稀硝酸，直到液面到達活塞A處（U形管短管一端無氣柱）為止。③關閉活塞A，觀察到銅網表面上有氣泡冒出，同時生成無色氣體，也就是NO氣體，U形管長管內的液面逐漸下降。