Question

15．硝酸铜为蓝色固体，溶于水可得蓝色溶液．某实验小组同学用如图装置加热硝酸铜，发现固体由蓝色逐渐变黑，同时产生红棕色有刺激性气味的气体，带火星的木条复燃．
【提出问题】硝酸铜在加热条件下到底发生了怎样的反应？
【查阅资料】
①氧化铜和稀硫酸反应的化学方程式：
CuO+H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O
②含氮化合物中，只有NO₂是红棕色、有刺激性气味的气体．
③NO₂有助燃性，能使带火星的木条复燃．
【猜想假设】Cu（NO₃）₂受热分解除了生成NO₂，还可能生成了CuO和O₂．
【进行实验】

实验操作	实验现象	实验结论
步骤Ⅰ：将反应后试管中的固体加水充分溶解、过滤、将干燥后滤渣加入足量稀硫酸溶液中．	固体全部溶解，得到蓝色溶液	硝酸铜分解生成了氧化铜．
步骤Ⅱ：在图1的试管和集气瓶之间连图所示的装置，重新进行加热硝酸铜的实验．	集气瓶中气体为无色，带火星木条复燃	硝酸铜分解生成了氧气

（1）步骤Ⅱ是同学们查阅了新的资料后设计完成的．该资料是关于NO₂助燃性、颜色变化方面的性质信息．
（2）设计步骤Ⅱ的目的是验证反应生成了氧气．
【获得结论】
根据实验结果，Cu（NO₃）₂受热分解的化学方程式为2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
【反思与评价】
（3）已知相同状况下，气体的体积比等于其分子个数比．据此，同学们认为，即使没有资料③，依据实验结论和“加热硝酸铜产生的气体能使带火星的木条复燃”的实验现象，也能推出NO₂可能具有助燃性．理由：
硝酸铜分解生成的二氧化氮和氧气的体积比是4：1，氧气的体积分数是20%，和空气中氧气的体积分数大致相等，而空气中的氧气不能使带火星的木条复燃，因此NO₂可能具有助燃性．
（4）一氧化氮不溶水，极易和氧气反应生成NO₂；二氧化氮极易和水反应，方程式：2NO+O₂═2NO₂，3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO↑某同学在图1实验中用图2装置收集气体，结果发现图2中的集气瓶未收集到气体，且集气瓶中的液面无变化，请说明原因（用化学方程式）4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃．

Answer 1

分析 【猜想假设】Cu（NO₃）₂受热分解除了生成NO₂，还可能生成了CuO和O₂．
【进行实验】
氧气能使带火星的木条复燃；
根据实验设计可以判断物质的信息资料；
【获得结论】
硝酸铜受热分解生成氧化铜、二氧化氮和氧气；
【反思与评价】
空气中氧气的体积分数是21%；
根据反应的化学方程式可以判断相关方面的问题．

解答 解：【猜想假设】
Cu（NO₃）₂受热分解除了生成NO₂，还可能生成了CuO和O₂．
故填：NO₂．
【进行实验】
实验过程如下表所示：

实验操作	实验现象	实验结论
步骤Ⅰ：将反应后试管中的固体加水充分溶解、过滤、将干燥后滤渣加入足量稀硫酸溶液中．	固体全部溶解，得到蓝色溶液	硝酸铜分解生成了氧化铜．
步骤Ⅱ：在图1的试管和集气瓶之间连图所示的装置，重新进行加热硝酸铜的实验．	集气瓶中气体为无色，带火星木条复燃	硝酸铜分解生成了氧气

（1）步骤Ⅱ是同学们查阅了新的资料后设计完成的．该资料是关于NO₂助燃性、颜色变化方面的性质信息．
故填：助燃性、颜色变化．
（2）设计步骤Ⅱ的目的是：除去二氧化氮气体后，验证反应生成了氧气．
故填：验证反应生成了氧气．
【获得结论】
Cu（NO₃）₂受热分解生成氧化铜、二氧化氮和氧气，反应的化学方程式为：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
故填：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
【反思与评价】
（3）即使没有资料③，依据实验结论和“加热硝酸铜产生的气体能使带火星的木条复燃”的实验现象，也能推出NO₂可能具有助燃性．理由是：硝酸铜分解生成的二氧化氮和氧气的体积比是4：1，氧气的体积分数是20%，和空气中氧气的体积分数大致相等，而空气中的氧气不能使带火星的木条复燃，因此NO₂可能具有助燃性．
故填：硝酸铜分解生成的二氧化氮和氧气的体积比是4：1，氧气的体积分数是20%，和空气中氧气的体积分数大致相等，而空气中的氧气不能使带火星的木条复燃，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，因此图2中的集气瓶未收集到气体，且集气瓶中的液面无变化．
故填：4NO+3O₂+2H₂O═4HNO₃．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．