Question

20．某研究性學習小組設計了圖1置研究硝酸的性質．
實驗一：甲組同學用圖一裝置來證實稀硝酸與銅反應生成NO．
（1）裝置中a儀器的名稱為球形干燥管．
（2）加入硝酸的操作：應先打開活塞A，然后從右管的漏斗中向U形管中逐漸注入稀硝酸．當注滿后，應關閉活塞A，此時觀察到的現象U型管左管中，銅表面有無色氣體生成，液面下降，溶液逐漸變為藍色．待反應一會后若打開活塞A，觀察到的現象為在干燥管中看到氣體變為紅棕色，左管液面上升．
（3）若要收集NO氣體，如圖2收集裝置中合適的是（填序號）C、E．

（4）在100mL混合溶液中，HNO₃和H₂SO₄的物質的量濃度分別是0.4mol/L、0.1mol/L向該混合液中加入1.92g銅粉，加熱待充分反應后，所得溶液中Cu²⁺的物質的量濃度是0.225mol/L．
實驗二：乙組同學利用上述裝置完成濃硝酸與銅的反應
（5）乙組同學發現實驗室里有幾瓶濃硝酸呈黃色，請用簡單的文字和方程式解釋這種現象濃硝酸受熱或見光易分解產生紅棕色的二氧化氮氣體（4HNO₃$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O），該氣體溶于濃硝酸中，而使溶液變為黃色．
（6）同學們發現濃硝酸與銅反應后的溶液呈綠色，而不顯藍色．甲同學認為是該溶液中硝酸銅的質量分數較高所致，而乙同學認為是該溶液中溶解了NO₂氣體所致．同學們分別設計了以下3個實驗來判斷兩種看法是否正確．這些方案中可行的是①③．（填序號，多選不給分）
①加熱該綠色溶液，觀察顏色變化
②加水稀釋綠色溶液，觀察顏色變化
③向該綠色溶液中通入氮氣，觀察顏色變化．

Answer 1

分析 （1）裝置中a儀器的名稱為是球形干燥管；
（2）加入硝酸的操作：應先打開活塞A保證U形管內壓強平衡，且排出氣體，然后從右管的漏斗中向U形管中逐漸注入稀硝酸．當注滿后，應關閉活塞A，銅和稀硝酸反應生成硝酸銅和無色氣體一氧化氮，硝酸銅為藍色；待反應一會后若打開活塞A，空氣進入，一氧化氮被氧化成二氧化氮；
（3）一氧化氮有毒且易和氧氣反應生成二氧化氮，一氧化氮不和水反應，所以不能用排水法收集，應該用排水法收集；
（4）1.92g的銅的物質的量n（Cu）=$\frac{1.92g}{64g/mol}$=0.03mol，混合酸中n（H⁺）=0.4mol/L×0.1L+0.1mol/L×2×0.1L=0.06mol，n（NO₃^-）=0.4mol/L×0.1L=0.04mol，
發生3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，判斷過量后以不足量代入計算；
（5）硝酸不穩定分解產生的二氧化氮溶解其中呈黃色；
（6）根據溶液濃度變化的影響因素和氣體的溶解度影響因素解答．

解答 解：（1）裝置中a儀器含有典型的球泡特征，為球形干燥管，
故答案為：球形干燥管；
（2）加入硝酸的操作：應先打開活塞A保證U形管內壓強平衡，同時把U形管左側的空氣排出，銅絲和硝酸反應，所以當注滿后，應關閉活塞A，銅和稀硝酸反應生成硝酸銅和無色氣體一氧化氮，硝酸銅為藍色，所以此時觀察到的現象為U型管左管中，銅表面有無色氣體生成，液面下降，溶液逐漸變為藍色，待反應一會后若打開活塞A，空氣進入，在干燥管中無色的一氧化氮被氧化成紅棕色的二氧化氮，左管液面上升，
故答案為：打開；關閉；U型管左管中，銅表面有無色氣體生成，液面下降，溶液逐漸變為藍色；在干燥管中看到氣體變為紅棕色，左管液面上升；
（3）一氧化氮有毒且易和氧氣反應生成二氧化氮，一氧化氮不和水反應，所以不能用排水法收集，應該用排水法收集，排水裝置中，氣體的進出口符合“短進長出”的原則，故CE符合，
故答案為：C、E；
（4）1.92g的銅的物質的量n（Cu）=$\frac{1.92g}{64g/mol}$=0.03mol，混合酸中n（H⁺）=0.4mol/L×0.1L+0.1mol/L×2×0.1L=0.06mol，n（NO₃^-）=0.4mol/L×0.1L=0.04mol，
由3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，Cu與NO₃^-過量，H⁺不足，氫離子的物質的量進行計算，
設產生的銅離子的物質的量為x moL，
3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
      8        3
      0.06     x
$\frac{8}{0.06}$=$\frac{3}{x}$，x=0.0225mol，
c（Cu²⁺）=$\frac{0.0225mol}{0.1L}$=0.225mol/L，
故答案為：0.225mol/L；
（5）濃硝酸不穩定，受熱或見光分解產生的紅棕色二氧化氮溶解其中呈黃色，反應方程式為4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O，
故答案為：濃硝酸受熱或見光易分解產生紅棕色的二氧化氮氣體（4HNO₃$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$4NO₂↑+O₂↑+2H₂O），該氣體溶于濃硝酸中，而使溶液變為黃色；
（6）加熱綠色溶液，氣體的溶解量減小，能改變溶液中溶解氣體的量，故①正確，而加水稀釋綠色溶液，由于溶液濃度變小，溶液的顏色會變化，而且加水后氣體的溶解量加大，溶液的顏色也會發生變化，故不能進行判斷，故②錯誤，向該綠色溶液中通入氮氣，氮氣難溶于水，通入氮氣可以帶走二氧化氮氣體，由于溶液濃度變小，溶液的顏色會變化，可以證明該溶液中是否為溶解了NO₂氣體所致，故③正確，
故答案為：①③．

點評 本題考查了硝酸的性質實驗探究，側重于氮氧化物的性質的考查，為高頻考點，把握物質的性質及發生的反應為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，注意硝酸的性質，題目難度中等．